JP5564743B2 - Noise cancellation filter circuit, noise reduction signal generation method, and noise canceling system - Google Patents

Noise cancellation filter circuit, noise reduction signal generation method, and noise canceling system Download PDF

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Description

この発明は、例えば、再生された音楽等を聴取するためのヘッドホンや騒音を低減させるようにするためのヘッドセットなどに適用されるノイズキャンセリングシステムのフィルタ回路、ノイズ低減信号生成方法、これらを用いるノイズキャンセリングシステムに関する。   The present invention provides, for example, a filter circuit of a noise canceling system applied to headphones for listening to reproduced music or a headset for reducing noise, a noise reduction signal generation method, and the like. The present invention relates to a noise canceling system to be used.

従来、ヘッドホンに搭載されているアクティブなノイズ低減システムが存在している。なお、ノイズ低減システムは、ノイズキャンセリングシステムやノイズリダクションシステムなどとも呼ばれている。以下、この明細書においては、ノイズキャンセリングシステムと言うこととする。そして、現状実用化されているノイズキャンセリングシステムは、すべてアナログ回路での構成となっており、現行方式としては、大別すると、フィードバック方式とフィードフォワード方式との2つの方式がある。   Conventionally, there is an active noise reduction system mounted on headphones. The noise reduction system is also called a noise canceling system or a noise reduction system. Hereinafter, in this specification, it will be referred to as a noise canceling system. The noise canceling systems that are currently in practical use are all configured with analog circuits, and the current methods are roughly divided into two methods: a feedback method and a feedforward method.

例えば、後に記す特許文献1(特開平3−214892号公報)には、ユーザの耳に装着される音響管1内に設けられるマイクロホンユニット6で収音した音響管内部の騒音を位相反転させて当該マイクロホンユニット6の近傍に設けられるイヤホンユニット3から放音させることにより、外部騒音を低減させるようにする発明が開示されている。   For example, in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 3-214892) described later, the noise inside the acoustic tube collected by the microphone unit 6 provided in the acoustic tube 1 attached to the user's ear is inverted in phase. An invention is disclosed in which external noise is reduced by emitting sound from the earphone unit 3 provided in the vicinity of the microphone unit 6.

また、後に記す特許文献2(特開平3−96199号公報)には、装着時において、ヘッドホン1とユーザの耳道との間に位置する第2のマイクロホン3の出力を用いて、装着時において耳の近傍に設けられる外部騒音を収音する第1のマイクロホン2からヘッドホン1までの伝達特性を、外部騒音が耳道に到達するまでの伝達特性に同定することにより、ヘッドホンの装着の仕方に係わらず、外部騒音を低減できるようにする騒音低減ヘッドホンについての発明が開示されている。   Further, in Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 3-96199) described later, at the time of wearing, the output of the second microphone 3 located between the headphone 1 and the user's ear canal is used. By identifying the transfer characteristic from the first microphone 2 that picks up the external noise provided near the ear to the headphone 1 as the transfer characteristic until the external noise reaches the ear canal, the manner of wearing the headphones can be determined. Regardless, an invention for a noise reduction headphone that enables external noise to be reduced is disclosed.

なお、上記の特許文献1、特許文献2は、以下の通りである。
特開平3−214892号公報 特開平3−96199号公報
The above Patent Document 1 and Patent Document 2 are as follows.
Japanese Patent Laid-Open No. 3-214892 Japanese Patent Laid-Open No. 3-96199

従来はアナログ回路で構成されているフィードバック方式やフィードフォワード方式のノイズキャンセリングシステムについて、デジタル化を考慮した場合、一般的に多く使われているシグマ・デルタ(Σ・Δ)型のアナログ/デジタル変換器(以下、ADC(Analog Digital Converter)と略称する。)やデジタル/アナログ変換器(以下、DAC(Digital Analog Converter)と略称する。)を用いるようにすると、これらにおけるデジタル遅延が大きく、十分なノイズ低減が行えないという問題がある。現状においても逐次変換型として、高速に変換できるADCやDACが存在するが、これらは、現実的には軍事用・業務用のものであり、値段が高価であるために、いわゆるコンシューマな機器に搭載するノイズ低減システムに採用することは難しい。   Conventionally, a sigma delta (Σ / Δ) type analog / digital type is generally used when considering digitalization of feedback-type and feed-forward type noise-canceling systems composed of analog circuits. If a converter (hereinafter abbreviated as ADC (Analog Digital Converter)) or a digital / analog converter (hereinafter abbreviated as DAC (Digital Analog Converter)) is used, the digital delay in these will be large and sufficient. There is a problem that noise reduction cannot be performed. Even in the present situation, there are ADCs and DACs that can be converted at high speed as successive conversion types, but these are actually for military use and business use, and are expensive, so they are used in so-called consumer devices. It is difficult to adopt in the noise reduction system that is installed.

しかしながら、ヘッドホンなどのためのノイズキャンセリングシステム(アクティブノイズ低減システム)の「デジタル化」は、複数のモードを自動的またはユーザが手動にて、選択可能なシステムを構成できるなど、ユーザからみた使用性能が高くなるメリットがある。加えて、細かい制御が可能なデジタルイコライジングを行うことで、再生品質に関しても高音質性能を期待することができる。   However, “digitization” of noise canceling system (active noise reduction system) for headphones etc. is used from the user's point of view, such as a system that can select multiple modes automatically or manually by the user. There is a merit that performance becomes high. In addition, by performing digital equalizing capable of fine control, high sound quality performance can be expected with respect to reproduction quality.

以上の点に鑑み、この発明は、上述したデジタル化のメリットを考慮しながら、従来のデジタル処理では十分なノイズ低減を実現できなかった主原因であるデジタル遅延の影響を抑え、適切にノイズの低減を図ることができるようにすることを目的とする。   In view of the above points, the present invention suppresses the influence of the digital delay, which is the main cause for not achieving sufficient noise reduction with conventional digital processing, while taking into account the above-mentioned merit of digitization, and appropriately reduces noise. The purpose is to enable reduction.

上記課題を解決するため、請求項1に記載の発明のフィルタ回路は、ノイズキャンセリングシステムにおいて用いられ、マイクロホンを通じて収音されるノイズ信号の供給を受けて、ノイズを低減させるようにするためのノイズ低減信号を形成するフィルタ回路であって、前記ノイズ信号の供給を受けて、これをデジタル信号に変換するアナログ/デジタル変換手段と、前記アナログ/デジタル変換手段からのデジタルノイズ信号の供給を受けて、前記ノイズ低減信号を形成するデジタルフィルタ手段と、前記デジタルフィルタ手段からの前記ノイズ低減信号の供給を受けて、これをアナログ信号に変換するデジタル/アナログ変換手段とを有するデジタル部と、前記デジタル部に対して並列に設けられ、前記ノイズ信号をアナログフィルタで処理して、あるいは、そのまま出力するようにするアナログパスと、前記デジタル部の前記デジタルアナログ変換手段から出力されたアナログ信号とされた前記ノイズ低減信号と、前記アナログパスからのアナログ信号とを合成することによりノイズ低減に用いるノイズ低減信号を生成する合成手段とを備え、前記デジタルフィルタ手段は、少なくとも並列に構成されたLPF(Low Pass Filter)部とMPF(Mid Presence Filter)部とからなり、前記合成手段は、前記アナログパスからのアナログ信号を遅延させることなく合成することで前記ノイズ低減信号を生成するものである。 In order to solve the above-described problem, a filter circuit according to a first aspect of the present invention is used in a noise canceling system and receives noise signal collected through a microphone to reduce noise. A filter circuit for forming a noise reduction signal, which receives the noise signal and converts it into a digital signal, and receives a digital noise signal from the analog / digital conversion means. A digital section having a digital filter means for forming the noise reduction signal, and a digital / analog conversion means for receiving the noise reduction signal from the digital filter means and converting it to an analog signal; Provided in parallel to the digital part, the noise signal is an analog filter Processed to or an analog path to output it, and the noise reduction signal into an analog signal outputted from the digital / analog converting means of the digital section and an analog signal from the analog path Synthesizing means for generating a noise reduction signal used for noise reduction by synthesizing, and the digital filter means comprises at least an LPF (Low Pass Filter) unit and an MPF (Mid Presence Filter) unit configured in parallel. The synthesizing unit generates the noise reduction signal by synthesizing the analog signals from the analog path without delay .

この請求項1に記載の発明のフィルタ回路は、ノイズキャンセリングシステムに用いられるものであり、アナログ/デジタル変換手段とデジタルフィルタ手段とデジタル/アナログ変換手段とからなるデジタル部に並列に、ノイズ信号をアナログフィルタで処理して、あるいは、そのまま、出力するアナログパスが設けられる。そして、デジタル部で生成されたアナログのノイズ低減信号と、アナログパスからのアナログ信号とが合成手段で合成され、ノイズの低減に用いられるノイズ低減信号が形成される。   The filter circuit according to the first aspect of the present invention is used in a noise canceling system, and a noise signal is provided in parallel with a digital unit comprising analog / digital conversion means, digital filter means, and digital / analog conversion means. Is processed by an analog filter, or an analog path for outputting the signal as it is is provided. Then, the analog noise reduction signal generated by the digital unit and the analog signal from the analog path are combined by the combining unit to form a noise reduction signal used for noise reduction.

これにより、デジタル部で形成されるノイズ低減信号と、アナログパスからのアナログ信号(アナログパスで形成されるノイズ低減信号)とによって、ノイズ低減が可能となる帯域やノイズ低減レベルを補い合い、これらを十分に確保することができると共に、デジタル部を備えることによりデジタル化のメリット、すなわち、複数のモードの設定や選択、デジタルイコライジング等の機能を実現し、ユーザから見た使用性能を高くすることができるようにされる。   As a result, the noise reduction signal formed in the digital part and the analog signal from the analog path (noise reduction signal formed in the analog path) compensate for the band and noise reduction level where noise reduction is possible. In addition to being able to secure enough, by providing a digital part, it realizes the benefits of digitization, that is, functions such as setting and selection of multiple modes, digital equalizing, etc., and enhancing the usage performance seen from the user Be made possible.

また、本開示に係る第一のノイズキャンセリングシステムは、
ユーザの耳部に装着される筐体内部に設けられ、当該筐体内部に漏れ込んでくるノイズ信号を収音するマイクロホンと、
前記マイクロホンで収音された前記ノイズ信号からノイズを低減させるためのノイズ低減信号を形成するフィルタ回路と、
前記フィルタ回路において形成された前記ノイズ低減信号を増幅処理する増幅手段と、
前記増幅手段からのノイズ低減信号を当該筐体内に放音するようにするドライバと
を有するフィードバック方式のノイズキャンセリングシステムであって、
前記フィルタ回路は、
前記マイクロホンで収音された前記ノイズ信号の供給を受けて、これをデジタル信号に変換するアナログ/デジタル変換手段と、
前記アナログ/デジタル変換手段からのデジタルノイズ信号の供給を受けて、前記ノイズ低減信号を形成するデジタルフィルタ手段と、
前記デジタルフィルタ手段からの前記ノイズ低減信号の供給を受けて、これをアナログ信号に変換するデジタル/アナログ変換手段と
を有するデジタル部と、
前記デジタル部に対して並列に設けられ、前記マイクロホンで収音された前記ノイズ信号をアナログフィルタで処理して、あるいは、そのまま、出力するようにするアナログパスと、
前記デジタル部の前記デジタルアナログ変換手段から出力されたアナログ信号とされた前記ノイズ低減信号と、前記アナログパスからのアナログ信号とを合成することによりノイズ低減に用いるノイズ低減信号を生成する合成手段とを備え、前記デジタルフィルタ手段は、少なくとも並列に構成されたLPF(Low Pass Filter)部とMPF(Mid Presence Filter)部とからなり、前記合成手段は、前記アナログパスからのアナログ信号を遅延させることなく合成することで前記ノイズ低減信号を生成する
In addition, the first noise canceling system according to the present disclosure is:
A microphone that is provided inside a housing to be worn on the user's ear and collects a noise signal that leaks into the housing;
A filter circuit for forming a noise reduction signal for reducing noise from the noise signal collected by the microphone;
Amplifying means for amplifying the noise reduction signal formed in the filter circuit;
A feedback type noise canceling system having a driver that emits a noise reduction signal from the amplification means into the housing,
The filter circuit is
Analog / digital conversion means for receiving the noise signal collected by the microphone and converting it into a digital signal;
Digital filter means for receiving the supply of a digital noise signal from the analog / digital conversion means and forming the noise reduction signal;
A digital unit comprising: a digital / analog conversion unit that receives the noise reduction signal from the digital filter unit and converts the signal into an analog signal;
An analog path that is provided in parallel with the digital unit and that processes the noise signal collected by the microphone with an analog filter or outputs the noise signal as it is,
A synthesis unit that generates a noise reduction signal used for noise reduction by synthesizing the noise reduction signal that is an analog signal output from the digital-analog conversion unit of the digital unit and the analog signal from the analog path; wherein the digital filter means, Ri Do and at least parallel to the configured a LPF (Low pass filter) unit and MPF (Mid Presence filter) unit, the combining means delays the analog signal from the analog path The noise reduction signal is generated by synthesizing without noise .

この第一のノイズキャンセリングシステムによれば、ユーザの耳部に装着される筐体内部に設けられるマイクロホンによって収音されるノイズ信号からノイズ低減信号を生成するフィードバック方式のノイズキャンセリングシステムで用いられ、ノイズ低減信号を生成するフィルタ回路に、デジタル部とアナログパスとを並列に設けた構成が適用される。 According to this first noise canceling system, it is used in a feedback type noise canceling system that generates a noise reduction signal from a noise signal picked up by a microphone provided in a housing mounted on a user's ear. A configuration in which a digital unit and an analog path are provided in parallel is applied to a filter circuit that generates a noise reduction signal.

これにより、フィードバック方式のノイズキャンセリングシステムにおいて、デジタル部で形成されるノイズ低減信号と、アナログパスからのアナログ信号(アナログパスで形成されるノイズ低減信号)とによって、ノイズ低減が可能となる帯域やノイズ低減レベルを補い合うことによって十分に確保することができると共に、デジタル部を備えることによりデジタル化のメリットをも享受することができるようにされる。   As a result, in the feedback type noise canceling system, the noise reduction signal can be reduced by the noise reduction signal formed by the digital unit and the analog signal from the analog path (noise reduction signal formed by the analog path). By supplementing the noise reduction level, it is possible to sufficiently ensure, and by providing a digital part, it is possible to enjoy the benefits of digitization.

また、本開示の第二のノイズキャンセリングシステムは、上述の第一のノイズキャンセリングシステムであって、
ユーザの耳部に装着される筐体外部に設けられ、ノイズ源からのノイズ信号を収音する第2のマイクロホンと、
前記第2のマイクロホンで収音された前記ノイズ信号からノイズを低減させるための第2のノイズ低減信号を形成する第2のフィルタ回路と、
前記第2のフィルタ回路において形成された前記第2のノイズ低減信号を増幅処理する第2の増幅手段と、
前記第2の増幅手段からの前記第2のノイズ低減信号を当該筐体内に放音するようにする第2のドライバと
を有するフィードフォワード方式のノイズキャンセリングシステム部が、さらに設けられたことを特徴とする。
The second noise canceling system of the present disclosure is the first noise canceling system described above ,
A second microphone provided outside the housing to be worn on the user's ear and collecting a noise signal from a noise source;
A second filter circuit for forming a second noise reduction signal for reducing noise from the noise signal collected by the second microphone;
Second amplifying means for amplifying the second noise reduction signal formed in the second filter circuit;
A feedforward type noise canceling system unit including a second driver configured to emit the second noise reduction signal from the second amplifying unit into the housing. Features.

この第二のノイズキャンセリングシステムによれば、デジタル部とアナログパスとが並列に設けられたフィルタ回路を有するフィードバック方式のノイズキャンセリングシステムと、フィードフォワード方式のノイズキャンセリングシステムとの双方を同時に用いることが可能なノイズキャンセリングシステムが実現される。これにより、より高品位にノイズの低減を図ることができると共に、フィードバック方式のノイズキャンセリングシステム側については、フィルタ回路のデジタル化に伴うメリットも享受することができる。 According to this second noise canceling system, both a feedback type noise canceling system having a filter circuit in which a digital part and an analog path are provided in parallel and a feedforward type noise canceling system are simultaneously performed. A noise canceling system that can be used is realized. As a result, noise can be reduced with higher quality, and the advantages associated with the digitalization of the filter circuit can also be enjoyed on the feedback-type noise canceling system side.

また、本開示の第三のノイズキャンセリングシステムは、上述の第一のノイズキャンセリングシステムであって、
再生対象の音声信号の供給を受けて、音質調整を行う音質調整手段と、
前記音質調整手段からの音質調整された音声信号の供給を受けて、これを増幅処理する再生音声増幅手段と、
前記再生音声増幅手段で増幅された音声信号の供給を受けて、当該音声信号に応じた音声を前記筐体内部に放音するようにする再生ドライバと
を備えることを特徴とする。
The third noise canceling system of the present disclosure is the first noise canceling system described above ,
Sound quality adjusting means for adjusting the sound quality upon receiving the audio signal to be reproduced;
Reproduced sound amplifying means for receiving a sound quality-adjusted audio signal from the sound quality adjusting means and amplifying it.
A playback driver configured to receive a sound signal amplified by the playback sound amplifying unit and emit sound corresponding to the sound signal into the housing;

この第三のノイズキャンセリングシステムによれば、デジタル部とアナログパスとが並列に設けられたフィルタ回路を有するフィードバック方式のノイズキャンセリングシステムと、外部からの入力音声を処理する音質調整手段、再生音声増幅手段、再生ドライバからなる系とを同時に機能させることができるようにされる。 According to the third noise canceling system, a feedback type noise canceling system having a filter circuit in which a digital unit and an analog path are provided in parallel, sound quality adjusting means for processing input sound from the outside, and reproduction The system comprising the audio amplification means and the reproduction driver can be made to function simultaneously.

これにより、ノイズを効果的に低減させながら、外部からの音声信号を再生して聴取することができるようにされる。この場合、フィルタ回路のデジタル化に伴うメリットや音質調整手段の機能による高音質化のメリットも享受することができるようにされる。   This makes it possible to reproduce and listen to an external audio signal while effectively reducing noise. In this case, it is possible to enjoy the advantages associated with the digitization of the filter circuit and the advantages of higher sound quality due to the function of the sound quality adjusting means.

また、本開示の第四のノイズキャンセリングシステムは、上述の第二のノイズキャンセリングシステムであって、
再生対象の音声信号の供給を受けて、音質調整を行う音質調整手段と、
前記音質調整手段からの音質調整された音声信号の供給を受けて、これを増幅処理する再生音声増幅手段と、
前記再生音声増幅手段で増幅された音声信号の供給を受けて、当該音声信号に応じた音声を前記筐体内部に放音するようにする再生ドライバと
とからなる入力音声再生処理部と、
前記フィードフォワード方式のノイズキャンセリングシステム部と前記入力音声再生処理部とのいずれを機能させるかを切り替える切り替え手段と
を備えることを特徴とする。
The fourth noise canceling system of the present disclosure is the second noise canceling system described above ,
Sound quality adjusting means for adjusting the sound quality upon receiving the audio signal to be reproduced;
Reproduced sound amplifying means for receiving a sound quality-adjusted audio signal from the sound quality adjusting means and amplifying it.
An input audio reproduction processing unit comprising: a reproduction driver that receives supply of the audio signal amplified by the reproduction audio amplifying means and emits audio corresponding to the audio signal into the housing;
And switching means for switching which one of the feedforward type noise canceling system unit and the input audio reproduction processing unit is to function.

この第四のノイズキャンセリングシステムによれば、デジタル部とアナログパスとが並列に設けられたフィルタ回路を有するフィードバック方式のノイズキャンセリングシステムと共に、フィードフォワード方式のノイズキャンセリングシステムを機能させるか、入力音声を処理する入力音声再生処理部を機能させるかを切り替えることができるようにされる。 According to the fourth noise canceling system, the feedforward type noise canceling system is allowed to function together with the feedback type noise canceling system having the filter circuit in which the digital unit and the analog path are provided in parallel. It is possible to switch whether to operate an input voice reproduction processing unit that processes input voice.

これにより、フィードフォワード方式のノイズキャンセリングシステムを機能させるように切り替えた場合には、高品位なノイズ低減を行って高品位な無音状態を形成するようにすることができ、また、入力音声再生処理部を機能させるように切り替えた場合には、フィードバック方式のノイズキャンセリングシステムによって、ノイズを低減させながら、入力される再生対象の音声を再生して聴取することができるようにされる。また、いずれの部分を機能させるようにしても、フィードバック方式のノイズキャンセリングシステムのフィルタ回路のデジタル化に伴うメリットを享受することができるようにされる。
As a result, when the feedforward type noise canceling system is switched to function , high-quality noise reduction can be performed to form a high-quality silence state. When the processing unit is switched to function, the feedback target noise canceling system can reproduce and listen to the input playback target sound while reducing noise. Moreover, even if any part is made to function, it is possible to enjoy the advantages associated with the digitalization of the filter circuit of the feedback type noise canceling system.

この発明によれば、デジタル部で形成されるノイズ低減信号と、アナログパスからのアナログ信号(アナログパスで形成されるノイズ低減信号)とによって、ノイズ低減が可能となる帯域やノイズ低減レベルを補い合い、これらを十分に確保することができる。   According to the present invention, the noise reduction signal formed in the digital part and the analog signal from the analog path (noise reduction signal formed in the analog path) compensate for the band and noise reduction level where noise reduction is possible. These can be secured sufficiently.

また、デジタル部を備えることによりデジタル化のメリット、すなわち、複数のモードの設定や選択、デジタルイコライジング等の機能を実現し、ユーザから見た使用性能を高くすることができる。   Further, by providing a digital unit, it is possible to realize the merit of digitization, that is, functions such as setting and selection of a plurality of modes, digital equalizing, and the like, and the usage performance viewed from the user can be enhanced.

以下、図を参照しながら、この発明の一実施の形態について説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

[ノイズキャンセリングシステムについて]
現在、ヘッドホンやイヤホンを対象として外部騒音をアクティブに低減するシステム、所謂ノイズキャンセリングシステムが、普及しはじめている。製品化されているものに関しては、ほとんどがアナログ回路により構成されているものであり、そのノイズキャンセリング手法としては、フィードバック方式とフィードフォワード方式とに大別される。
[Noise canceling system]
Currently, a system that actively reduces external noise for headphones and earphones, a so-called noise canceling system, has begun to spread. As for products that have been commercialized, most of them are configured by analog circuits, and noise canceling methods are roughly classified into feedback methods and feedforward methods.

まず、この発明の一実施の形態の具体的な説明をするに先立って、図1〜図5を参照しながら、フィードバック方式のノイズキャンセリングシステムの構成例と動作原理と、フィードフォワード方式のノイズキャンセリングシステムの構成例と動作原理とについて説明する。   First, prior to specific description of an embodiment of the present invention, a configuration example and an operation principle of a feedback type noise canceling system, and noise of a feed forward type will be described with reference to FIGS. A configuration example and an operation principle of the canceling system will be described.

なお、図1は、フィードバック方式のノイズキャンセリングシステムについて説明するための図であり、図2は、フィードフォワード方式のノイズキャンセリングシステムについて説明するための図である。また、図3は、図1に示したフィードバック方式のノイズキャンセリングシステムの特性を示す計算式を説明するための図であり、図4は、フィードバック方式のノイズキャンセリングシステムにおける位相余裕とゲイン余裕について説明するためのボード線図である。また、図5は、図2に示したフィードフォワード方式のノイズキャンセリングシステムの特性を示す計算式を説明するための図である。   FIG. 1 is a diagram for explaining a feedback type noise canceling system, and FIG. 2 is a diagram for explaining a feedforward type noise canceling system. FIG. 3 is a diagram for explaining a calculation formula showing characteristics of the feedback type noise canceling system shown in FIG. 1, and FIG. 4 shows a phase margin and a gain margin in the feedback type noise canceling system. It is a Bode diagram for explaining about. FIG. 5 is a diagram for explaining a calculation formula indicating characteristics of the feedforward type noise canceling system shown in FIG.

[フィードバック方式のノイズキャンセリングシステムについて]
まず、フィードバック方式のノイズキャンセリングシステムについて説明する。図1(A)は、フィードバック方式のノイズキャンセリングシステムが適用されたヘッドホンシステムが、ユーザヘッド(ユーザ(聴取者)の頭部)HDに装着された場合の右チャンネル側の構成を示しており、図1(B)は、当該フィードバック方式のノイズキャンセリングシステムの全体構成を示している。
[Feedback type noise canceling system]
First, a feedback type noise canceling system will be described. FIG. 1A shows a configuration on the right channel side when a headphone system to which a feedback type noise canceling system is applied is mounted on a user head (head of a user (listener)) HD. FIG. 1B shows the overall configuration of the feedback type noise canceling system.

フィードバック方式は、一般的に図1(A)のようにヘッドホン筐体(ハウジング部)HPの内側にマイクロホン111(以下、マイクと略称する。)があり、当該マイク111で収音した信号(ノイズ信号)の逆相成分(ノイズ低減信号)を戻しサーボ制御することで、外部からヘッドホン筐体HPに入ってきたノイズを減衰させるものである。この場合、マイク111の位置が聴取者の耳位置に相当するキャンセルポイント(制御点)CPとなるため、ノイズ減衰効果を考慮し、通常、聴取者の耳に近い位置、つまりドライバ16の振動板前面にマイク111が置かれることが多い。   As shown in FIG. 1A, the feedback system generally includes a microphone 111 (hereinafter abbreviated as a microphone) inside a headphone housing (housing) HP, and a signal (noise) collected by the microphone 111. The noise that has entered the headphone housing HP from the outside is attenuated by returning the reverse phase component (noise reduction signal) of the signal) and performing servo control. In this case, since the position of the microphone 111 becomes a cancel point (control point) CP corresponding to the listener's ear position, the noise attenuation effect is taken into consideration, and usually the position close to the listener's ear, that is, the diaphragm of the driver 16. A microphone 111 is often placed on the front.

具体的に、図1(B)のブロック図を参照しながら、フィードバック方式のノイズキャンセリングシステムについて説明する。図1(B)に示すフィードバック方式のノイズキャンセリングシステムは、マイク111とマイクアンプ112からなるマイク及びマイクアンプ部11と、フィードバック制御のために設計されたフィルタ回路(以下、FBフィルタ回路という。)12と、合成部13と、パワーアンプ14と、ドライブ回路151とスピーカ152からなるドライバ15と、イコライザ16とを備えたものである。   Specifically, a feedback type noise canceling system will be described with reference to the block diagram of FIG. The feedback type noise canceling system shown in FIG. 1B is a microphone and microphone amplifier unit 11 including a microphone 111 and a microphone amplifier 112, and a filter circuit designed for feedback control (hereinafter referred to as an FB filter circuit). ) 12, a synthesis unit 13, a power amplifier 14, a driver 15 including a drive circuit 151 and a speaker 152, and an equalizer 16.

図1(B)において、各ブロック内に記載された文字A、D、M、−βは、パワーアンプ14、ドライバ15、マイク及びマイクアンプ部11、FBフィルタ回路12の各伝達関数とする。同様に、図1(B)において、イコライザ16のブロック内の文字Eは、聴取する目的である信号Sに掛けられるイコライザ16の伝達関数であり、ドライバ15とキャンセルポイントCP間に置かれたブロックの文字Hは、ドライバ15からマイク111までの空間の伝達関数(ドライバ−キャンセルポイント間の伝達関数)である。これらの各伝達関数は、複素表現されているものとする。   In FIG. 1B, characters A, D, M, and −β described in each block are transfer functions of the power amplifier 14, the driver 15, the microphone and microphone amplifier unit 11, and the FB filter circuit 12. Similarly, in FIG. 1B, the letter E in the block of the equalizer 16 is a transfer function of the equalizer 16 multiplied by the signal S to be listened to, and is a block placed between the driver 15 and the cancellation point CP. Is a transfer function of the space from the driver 15 to the microphone 111 (transfer function between driver and cancellation point). Each of these transfer functions is assumed to be expressed in a complex manner.

また、図1(A)、(B)において、文字Nは、外部のノイズソース(ノイズ源)NSからヘッドホン筐体HP内のマイク位置近辺に侵入してきたノイズであり、文字Pは、聴取者の耳に届く音圧(出力音声)を表すものとする。ノイズNがヘッドホン筐体HP内に伝わってくる原因としては、例えば、ヘッドホン筐体HPのイヤーパッド部の隙間から音圧として漏れてくる場合や、ヘッドホン筐体HPが音圧を受けて振動した結果として筐体内部に音が伝わるなどのことが考えられる。   In FIGS. 1A and 1B, the letter N is noise that has entered the vicinity of the microphone position in the headphone housing HP from an external noise source (noise source) NS, and the letter P is a listener. It represents the sound pressure that reaches the ear (output voice). The cause of the noise N being transmitted into the headphone housing HP is, for example, the case where the sound pressure leaks from the gap of the ear pad portion of the headphone housing HP or the result of the headphone housing HP vibrating due to the sound pressure. It is conceivable that sound is transmitted to the inside of the housing.

この時、図1(B)において、聴取者の耳に届く音圧Pは、図3の(1)式のように表現することができる。この図3の(1)式において、ノイズNに着目すれば、ノイズNは、1/(1+ADHMβ)に減衰していることがわかる。ただし、図3の(1)式の系がノイズ低減対象帯域にてノイズキャンセリング機構として安定して動作するためには、図3の(2)式が成立している必要がある。   At this time, in FIG. 1 (B), the sound pressure P reaching the listener's ear can be expressed as shown in equation (1) in FIG. If attention is paid to the noise N in the equation (1) of FIG. 3, it can be seen that the noise N is attenuated to 1 / (1 + ADHMβ). However, in order for the system of equation (1) in FIG. 3 to operate stably as a noise canceling mechanism in the noise reduction target band, equation (2) in FIG. 3 needs to be established.

一般的には、フィードバック方式のノイズキャンセリングシステムにおける各伝達関数の積の絶対値が1以上(1<<|ADHMβ|)であること、また古典制御理論におけるNyquistの安定性判別と合わせて、図3の(2)式に関わる系の安定性は以下のように解釈できる。   In general, the absolute value of the product of each transfer function in the feedback type noise canceling system is 1 or more (1 << | ADHMβ |), and together with the Nyquist stability determination in the classical control theory, The stability of the system related to equation (2) in FIG. 3 can be interpreted as follows.

図1(B)において、ノイズNに関わるループ部分を1箇所切断してできる(−ADHMβ)の「オープンループ」を考える。例えば、図1(B)において、マイク及びマイクアンプ部11とFBフィルタ回路12との間に切断箇所を設けるようにすれば、「オープンループ」を形成できる。このオープンループは、例えば図4に示すようなボード線図で表現される特性を持つものである。   In FIG. 1B, an “open loop” of (−ADHMβ) that can be obtained by cutting a loop portion related to noise N at one place is considered. For example, in FIG. 1B, if a cut portion is provided between the microphone and microphone amplifier unit 11 and the FB filter circuit 12, an “open loop” can be formed. This open loop has characteristics expressed by a Bode diagram as shown in FIG. 4, for example.

このオープンループを対象とした場合、Nyquistの安定性判別より、
(1)位相0deg.(0度)の点を通過する時、ゲインは0dB(0デシベル)より小さくなくてはならない。
(2)ゲインが0dB以上である時、位相0deg.の点を含んではいけない。
という(1)、(2)の2つの条件を満たす必要がある。
In the case of this open loop, Nyquist stability determination
(1) Phase 0 deg. When passing through the (0 degree) point, the gain must be less than 0 dB (0 dB).
(2) When the gain is 0 dB or more, the phase is 0 deg. Do not include the point.
It is necessary to satisfy the two conditions (1) and (2).

上記の(1)、(2)の条件を満たさない場合、ループは正帰還がかかり発振(ハウリング)を起こすことになる。図4において、記号Pa、Pbは位相余裕を、記号Ga、Gbはゲイン余裕を表しており、これらの余裕が小さいと、ノイズキャンセリングシステムが適用されたヘッドホンを利用する聴取者の種々の個人差や当該ヘッドホンの装着のばらつきなどにより、発振の危険性が増すことになる。   When the above conditions (1) and (2) are not satisfied, the loop is positively fed back and oscillates (howling). In FIG. 4, symbols Pa and Pb represent phase margins, and symbols Ga and Gb represent gain margins. If these margins are small, various individuals of the listener who uses the headphones to which the noise canceling system is applied. The risk of oscillation increases due to differences and variations in the wearing of the headphones.

すなわち、図4において、横軸は周波数である。そして、縦軸は、下半分がゲインであり、上半分が位相である。そして、位相0deg.の点を通過するときには、図4においてゲイン余裕Ga、Gbが示すように、ゲインは0dBより小さくなければ、ループは正帰還がかかり発振を起こし、また、ゲインが0dB以上であるときには、図4において位相余裕Pa、Pbが示すように、位相0deg.を含まないようになっていなければ、ループは正帰還がかかり発振を起こすことになる。   That is, in FIG. 4, the horizontal axis is frequency. In the vertical axis, the lower half is the gain and the upper half is the phase. And the phase 0 deg. 4, if the gain is not smaller than 0 dB, as shown by gain margins Ga and Gb in FIG. 4, if the gain is less than 0 dB, the loop is positively oscillated, and when the gain is 0 dB or more, FIG. As shown by the phase margins Pa and Pb in FIG. If it is not included, positive feedback will cause the loop to oscillate.

次に、図1(B)に示したフィードバック方式のノイズキャンセリングシステムにおいて、上述したノイズ低減機能に加え必要な音をヘッドホンから再生する場合について説明する。図1(B)における入力音声Sは、例えば、音楽再生装置からの音楽信号の他、筐体外部のマイクの音(補聴機能として使う場合)や、電話通信などの通信を介した音声信号(ヘッドセットとして使う場合)など、本来、ヘッドホンのドライバで再生すべき音声信号の総称である。   Next, in the feedback-type noise canceling system shown in FIG. 1B, a case where necessary sound is reproduced from the headphones in addition to the above-described noise reduction function will be described. The input voice S in FIG. 1B is, for example, a music signal from a music playback device, a sound of a microphone outside the housing (when used as a hearing aid function), or a voice signal via communication such as telephone communication ( This is a general term for audio signals that should be reproduced by a headphone driver.

図3の(1)式において、入力音声Sに着目すると、イコライザ16の伝達関数Eは、図3の(3)式のように示すことができる。そして、図3の(3)式のイコライザ16の伝達関数Eをも考慮すると、図1(B)のノイズキャンセリングシステムの出力音声Pは、図3の(4)式のように表現することができる。   When attention is paid to the input sound S in the expression (1) in FIG. 3, the transfer function E of the equalizer 16 can be expressed as the expression (3) in FIG. In consideration of the transfer function E of the equalizer 16 in the equation (3) in FIG. 3, the output speech P of the noise canceling system in FIG. 1 (B) is expressed as in the equation (4) in FIG. Can do.

マイク111の位置が耳位置に非常に近いとすると、文字Hがドライバ115からマイク111(耳)までの伝達関数、文字Aや文字Dがそれぞれパワーアンプ114、ドライバ115の伝達関数であるので、通常のノイズ低減機能を持たないヘッドホンと同様の特性が得られることがわかる。なお、この時イコライザ16の伝達特性Eは、周波数軸でみたオープンループ特性とほぼ同等の特性になっている。   If the position of the microphone 111 is very close to the ear position, the letter H is the transfer function from the driver 115 to the microphone 111 (ear), and the letters A and D are the transfer functions of the power amplifier 114 and the driver 115, respectively. It can be seen that the same characteristics as those of headphones without a normal noise reduction function can be obtained. At this time, the transfer characteristic E of the equalizer 16 is substantially the same as the open loop characteristic seen on the frequency axis.

[フィードフォワード方式のノイズキャンセリングシステムについて]
次に、フィードフォワード方式のノイズキャンセリングシステムに関して説明する。図2(A)は、フィードフォワード方式のノイズキャンセリングシステムが適用されたヘッドホンシステムが、ユーザヘッド(ユーザ(聴取者)の頭部)HDに装着された場合の右チャンネル側の構成を示しており、図2(B)は、当該フィードフォワード方式のノイズキャンセリングシステムの全体構成を示している。
[Feed-forward noise canceling system]
Next, a feedforward type noise canceling system will be described. FIG. 2A shows a configuration on the right channel side when a headphone system to which a feedforward type noise canceling system is applied is mounted on a user head (head of a user (listener)) HD. FIG. 2B shows the overall configuration of the feedforward type noise canceling system.

フィードフォワード方式は、基本的に図2(A)に示すようにヘッドホン筐体HPの外部にマイク211が設置されており、このマイク211で収音したノイズに対して適切なフィルタリング処理をして、ヘッドホン筐体HP内部のドライバ25にてこれを再生し、耳に近いところでこのノイズをキャンセルすることを意図した方式である。   In the feed-forward method, a microphone 211 is basically installed outside the headphone housing HP as shown in FIG. 2A, and an appropriate filtering process is performed on noise collected by the microphone 211. This is a method in which this is reproduced by the driver 25 inside the headphone housing HP and the noise is canceled near the ear.

具体的に、図2(B)のブロック図を参照しながら、フィードフォワード方式のノイズキャンセリングシステムについて説明する。図2(B)に示すフィードフォワード方式のノイズキャンセリングシステムは、マイク211とマイクアンプ212からなるマイク及びマイクアンプ部21と、フィードフォワード制御のために設計されたフィルタ回路(以下、FFフィルタ回路という。)22と、合成部23と、パワーアンプ24と、ドライブ回路251とスピーカ252からなるドライバ25とを備えたものである。   Specifically, a feedforward type noise canceling system will be described with reference to the block diagram of FIG. A feedforward type noise canceling system shown in FIG. 2B includes a microphone and a microphone amplifier unit 21 including a microphone 211 and a microphone amplifier 212, and a filter circuit designed for feedforward control (hereinafter referred to as an FF filter circuit). 22), a synthesis unit 23, a power amplifier 24, and a driver 25 including a drive circuit 251 and a speaker 252.

この図2(B)に示すフィードフォワード方式のノイズキャンセリングシステムにおいても、各ブロック内に記載された文字A、D、Mは、パワーアンプ24、ドライバ25、マイク及びマイクアンプ部21の各伝達関数である。また、図2において、文字Nは、外部のノイズソース(ノイズ源)を示している。ノイズソースNに応じたノイズがヘッドホン筐体HP内に侵入してくる主な理由はフィードバック方式のノイズキャンセリングシステムにおいて説明した通りである。   Also in the feedforward type noise canceling system shown in FIG. 2B, the letters A, D, and M described in each block are transmitted to the power amplifier 24, the driver 25, the microphone, and the microphone amplifier unit 21, respectively. It is a function. In FIG. 2, a letter N indicates an external noise source (noise source). The main reason why noise corresponding to the noise source N enters the headphone housing HP is as described in the feedback type noise canceling system.

また、図2(B)においては、外部のノイズソースNの位置から耳位置CPに至るまでの伝達関数(ノイズソース−キャンセルポイント間の伝達関数)を文字Fで表し、ノイズソースNからマイク211に至るまでの伝達関数(ノイズソース−マイク間の伝達関数)を文字F’で表し、ドライバ25からキャンセルポイント(耳位置)CPに至るまでの伝達関数(ドライバ−キャンセルポイント間の伝達関数)を文字Hで表している。   In FIG. 2B, a transfer function (transfer function between the noise source and the cancellation point) from the position of the external noise source N to the ear position CP is represented by the letter F. From the noise source N to the microphone 211 The transfer function (transfer function between noise source and microphone) up to is represented by the letter F ′, and the transfer function (transfer function between driver and cancellation point) from the driver 25 to the cancellation point (ear position) CP is It is represented by the letter H.

そして、フィードフォワード方式のノイズキャンセリングシステムの核となるFFフィルタ回路22の伝達関数を、−αと置くと、図2(B)において、聴取者の耳に届く音圧P(出力音声)は、図5の(1)式のように表現することができる。   When the transfer function of the FF filter circuit 22 which is the core of the feedforward type noise canceling system is set to −α, the sound pressure P (output sound) reaching the listener's ear in FIG. 5 can be expressed as shown in equation (1) in FIG.

ここで、理想的な状態を考えると、ノイズソース−キャンセルポイント間の伝達関数Fは、図5の(2)式のように表すことができる。そして、図5の(2)式を図5の(1)式に代入すれば、第1項と第2項とは相殺されるので、結果として、図2(B)に示したフィードフォワード方式のノイズキャンセリングシステムにおいて、出力音声Pは、図5の(3)式に示すように表すことができ、ノイズはキャンセルされ、音楽信号(または聴取する目的の音声信号等)だけが残り、通常のヘッドホン動作と同様の音を聴取できることがわかる。   Here, considering an ideal state, the transfer function F between the noise source and the cancellation point can be expressed as shown in the equation (2) in FIG. Then, if the expression (2) in FIG. 5 is substituted into the expression (1) in FIG. 5, the first term and the second term are canceled out. As a result, the feedforward method shown in FIG. In the noise canceling system, the output sound P can be expressed as shown in the equation (3) in FIG. 5, the noise is canceled, and only the music signal (or the sound signal intended for listening, etc.) remains. It can be seen that a sound similar to that of the headphone operation can be heard.

ただし、実際は、図5に示した(2)式が完全に成立するような伝達関数を持つ完全なフィルタの構成は困難である。特に中高域に関して、人により耳の形状は異なるし、また、ヘッドホンの装着状態もまちまちであるなど、個人差が大きいことと、ノイズの位置やマイク位置などにより特性が変化する、などの理由のため通常は中高域に関してはこのアクティブなノイズ低減処理を行わず、ヘッドホン筐体でパッシブな遮音をすることが多い。なお、図5の(2)式は、数式を見れば自明であるが、ノイズ源から耳位置までの伝達関数を、伝達関数αを含めた電気回路にて模倣することを意味している。   However, in practice, it is difficult to construct a complete filter having a transfer function that completely satisfies the expression (2) shown in FIG. Especially in the mid-high range, the shape of the ear varies from person to person, and the characteristics of the characteristics change depending on the position of the noise, microphone position, etc. For this reason, normally, the active noise reduction processing is not performed for the mid-high range, and passive sound insulation is often performed in the headphone housing. Note that the expression (2) in FIG. 5 is self-evident from the expression, but means that the transfer function from the noise source to the ear position is imitated by an electric circuit including the transfer function α.

なお、図2に示したフィードフォワード方式のノイズキャンセリングシステムにおけるキャンセルポイントCPは、図2(A)に示した通り、図1(A)のフィードバック方式のノイズキャンセリングシステムと異なり、聴取者の任意の耳位置において設定することができる。しかしながら、通常の場合、伝達関数αは固定的であり、設計段階においては、なんらかのターゲット特性を対象とした決めうちになることになり、聴取者よって耳の形状が違うため、十分なノイズキャンセル効果が得られなかったり、ノイズ成分を非逆相で加算してしまったりして、異音がするなどの現象が起こる可能性もある。   The cancellation point CP in the feedforward type noise canceling system shown in FIG. 2 is different from the feedback type noise canceling system in FIG. 1A as shown in FIG. It can be set at any ear position. However, in general, the transfer function α is fixed, and at the design stage, it becomes a decision for some target characteristic, and since the shape of the ear differs depending on the listener, a sufficient noise cancellation effect May not be obtained, or noise components may be added in a non-reverse phase, resulting in abnormal noise.

これらのことより、一般的にフィードフォワード方式は、発振する可能性が低く安定度が高いが、十分な減衰量を得るのは困難であり、一方、フィードバック方式は大きな減衰量が期待できる代わりに、系の安定性に注意が必要となる。フィードバック方式とフィードフォワード方式とには、それぞれに特徴を有している。   From these facts, the feedforward method is generally less likely to oscillate and has high stability, but it is difficult to obtain a sufficient amount of attenuation. Attention should be paid to the stability of the system. Each of the feedback method and the feedforward method has characteristics.

また、別途、適応信号処理手法を用いたノイズ低減ヘッドホンが提案されている。この適応信号処理手法を用いたノイズ低減ヘッドホンの場合、通常、ヘッドホン筐体内部及び外部の両方にマイクが設置される。内部のマイクはフィルタ処理成分とのキャンセルを試みたエラー信号を解析し、新たな適応フィルタを生成・更新する際に用いてはいるが、基本的にヘッドホン筐体外部のノイズをデジタルフィルタ処理してドライバで再生していることから、大きな枠組みとしてはフィードフォワード方式の形をとっている。   Separately, noise reduction headphones using an adaptive signal processing method have been proposed. In the case of a noise reduction headphone using this adaptive signal processing method, a microphone is usually installed both inside and outside the headphone housing. The internal microphone analyzes the error signal that attempted to cancel with the filter processing component, and is used to generate and update a new adaptive filter, but basically it performs digital filter processing of noise outside the headphone housing. As a large framework, it takes the form of a feed-forward method.

[ノイズキャンセリングシステムのデジタル化の必要性と問題点]
上述のように、フィードバック方式、フィードフォワード方式のアナログ回路により構成されるノイズキャンセリングシステムが実現されているが、デジタル回路により構成できるようにすることが望まれている。上述したFBフィルタ回路12やFFフィルタ回路22をデジタルフィルタの構成として場合にも遅延の発生しない適応信号処理を使ってノイズキャンセルを行う手法も提案されている。
[Necessity and problems of digitalization of noise canceling system]
As described above, a noise canceling system including a feedback-type and feed-forward-type analog circuit is realized. However, it is desired that the noise canceling system can be configured using a digital circuit. There has also been proposed a technique for performing noise cancellation using adaptive signal processing in which no delay occurs even when the above-described FB filter circuit 12 or FF filter circuit 22 is configured as a digital filter.

しかし、システムの安定性の問題や、処理規模が大きくなること、低減対象が周期的ノイズ波形にしか向いていないこと、コストがかかる割に大きな効果が得られないなどの問題から、適応信号処理を使ってデジタルフィルタを形成し、ノイズキャンセルを行う手法については商品化されていないのが現実である。   However, adaptive signal processing is not possible due to problems such as system stability, an increase in processing scale, a reduction target that is only suitable for periodic noise waveforms, and a large effect that is not costly. In reality, the method of forming a digital filter using the noise canceling method is not commercialized.

以下においては、ノイズキャンセリングシステムシステムのデジタル化の必要性と、適応信号処理を用いずにデジタル化する場合の問題点を具体的に明らかにすると共に、その問題点を解決するこの出願の発明について具体的に説明する。   In the following, the necessity of digitizing the noise canceling system and the problems in digitizing without using adaptive signal processing will be clarified in detail, and the invention of this application that solves the problems will be described. Will be described in detail.

なお、以下においては、説明を簡単にするため、主として、ノイズ減衰効果の大きなフィードバック方式のノイズキャンセリングシステムに適用する場合を例にして説明する。しかし、フィードフォワード方式のノイズキャンセリングシステムにも、同様に、デジタル化の必要性や問題点が存在し、その問題点を解決するこの出願の発明を適用することができる。   In the following, in order to simplify the description, a case where the present invention is applied to a feedback type noise canceling system having a large noise attenuation effect will be mainly described as an example. However, similarly, there is a necessity and problem of digitization in the feedforward type noise canceling system, and the invention of this application that solves the problem can be applied.

[ノイズキャンセリングシステムのデジタル化の必要性について]
まず、ノイズキャンセリングシステムのデジタル化の必要性について説明する。図1(B)に示したフィードバック方式のノイズキャンセリングシステムにおいて、伝達関数(-β)部分であるFBフィルタ回路12をデジタル化することができれば、以下のような(1)〜(4)のメリットを享受することができる。
[Need for digitalization of noise canceling system]
First, the necessity of digitizing the noise canceling system will be described. In the feedback type noise canceling system shown in FIG. 1B, if the FB filter circuit 12 which is the transfer function (−β) portion can be digitized, the following (1) to (4) You can enjoy the benefits.

すなわち、(1)複数のモードを自動的、またはユーザが手動にて選択可能なシステムが構成可能になり、ユーザからみた使用性能が高まる。(2)細かい制御が可能なデジタルフィルタリングを行うことで、ばらつきが少なく高精度な制御品質を得ることができ、結果的にノイズ低減量、低減帯域の拡大につながる。   That is, (1) a system in which a plurality of modes can be selected automatically or manually by the user can be configured, and usage performance as viewed from the user is enhanced. (2) By performing digital filtering capable of fine control, it is possible to obtain highly accurate control quality with little variation, resulting in an increase in noise reduction amount and reduction band.

また、(3)部品点数を変更することなく、演算処理装置(DSP(Digital Signal Processor)/CPU(Central Processing Unit))に対するソフトウェアの変更で、フィルタ形状を変更することができるようにされるため、システム設計やデバイス特性変更に伴う改変が容易になる。(4)音楽再生や通話などの外部入力に対しても、同じADC/DACやDSP/CPUを共用することで、これら外部入力信号に対しても、高精度のデジタルイコライジングを施すことで、高音質な再生が期待できる。   Further, (3) the filter shape can be changed by changing the software for the arithmetic processing unit (DSP (Digital Signal Processor) / CPU (Central Processing Unit)) without changing the number of parts. This makes it easy to modify the system design and device characteristics. (4) By sharing the same ADC / DAC and DSP / CPU for external inputs such as music playback and telephone calls, high precision digital equalization can be applied to these external input signals. Sound quality reproduction can be expected.

このように、FBフィルタ回路12をデジタル化することができれば、種々の場合に対応して柔軟な制御が可能になり、使用する聴取者を選ばず、高品位にノイズをキャンセルできるシステムを構成することができるようになる。   In this way, if the FB filter circuit 12 can be digitized, flexible control is possible corresponding to various cases, and a system capable of canceling noise with high quality without selecting a listener to be used is configured. Will be able to.

[ノイズキャンセリングシステムのデジタル化の問題点について]
しかしながら、上述もしたように、フィードバック方式のノイズキャンセリングシステムとして実用化されているのは、FBフィルタ回路12に相当する部分についてアナログ回路で構成されたシステムである。このようなアナログ回路で構成されたFBフィルタ回路12は、ADCや、デジタルフィルタ処理機構(演算処理部)を構成するDSPあるいはCPUや、DACなどを用いることにより、デジタル回路の構成とすることはできる。
[Problems of digitizing noise canceling system]
However, as described above, what is put into practical use as a feedback-type noise canceling system is a system configured with analog circuits in a portion corresponding to the FB filter circuit 12. The FB filter circuit 12 constituted by such an analog circuit can be configured as a digital circuit by using an ADC, a DSP or CPU constituting a digital filter processing mechanism (arithmetic processing unit), a DAC, or the like. it can.

ところが、デジタル回路の構成とされたFBフィルタ回路12においては、処理に時間がかかるために処理対象の信号の遅延を招き、適切にノイズをキャンセルできなくなってしまい、デジタル化を阻む要因となっている。そして、このデジタル化を阻む要因について詳しく見ると、DSP/CPUによるデジタルフィルタ処理機構(ノイズを低減させるためのノイズ低減信号を生成する演算処理手段)よりも、主として、DSPやCPU(以下、DSP/CPUと記載)によって構成される演算処理手段(演算処理装置)の前後に挿入されるADCやDACの遅延によるものと考えられる。   However, in the FB filter circuit 12 configured as a digital circuit, since processing takes time, a signal to be processed is delayed, and noise cannot be canceled appropriately, which is a factor that hinders digitization. Yes. If the factors that hinder the digitization are examined in detail, the DSP / CPU (hereinafter referred to as the DSP) is mainly used rather than the digital filter processing mechanism (arithmetic processing means for generating a noise reduction signal for reducing noise) by the DSP / CPU. This is considered to be due to the delay of the ADC or DAC inserted before and after the arithmetic processing means (arithmetic processing device) constituted by / CPU.

図6は、図1(B)に示したフィードバック方式のノイズキャンセリングシステムのFBフィルタ回路12部分をデジタル化した場合の構成例を説明するための図である。図6(A)に示すように、図1(B)においてもFBフィルタ回路12は、1つのブロックで示したが、これをデジタル化する場合には、図6(B)に示すように、ADC121、DSP/CPU122、DAC123により形成される。DSP/CPU122内ではソフトウェアとして比較的自由にデジタルフィルタが組めるものの、ADC121、DAC123のそれぞれが内蔵しているフィルタによる遅延の影響が大きく出てしまう。   FIG. 6 is a diagram for explaining a configuration example when the FB filter circuit 12 portion of the feedback type noise canceling system shown in FIG. 1B is digitized. As shown in FIG. 6 (A), the FB filter circuit 12 is also shown as one block in FIG. 1 (B). However, when this is digitized, as shown in FIG. 6 (B), It is formed by the ADC 121, DSP / CPU 122, and DAC 123. Although the digital filter can be assembled relatively freely as software in the DSP / CPU 122, the influence of the delay due to the filter incorporated in each of the ADC 121 and the DAC 123 is significant.

ここで、ADC121は、マイク111を通じて収音されマイクアンプ112で増幅された信号(ノイズ信号)をデジタル信号(デジタルノイズ信号)に変換する部分である。また、DSP/CPU122は、図1に示したように、各回路部の伝達関数やドライバ−キャンセルポイント間の伝達関数等を考慮すると共に、ノイズ信号とは逆相の信号であって、ノイズ信号を打ち消すことが可能なノイズ低減信号を形成する部分である。また、DAC123は、DSP/CPU122において形成されたデジタル信号であるノイズ低減信号をアナログ信号に変換する部分である。   Here, the ADC 121 is a part that converts a signal (noise signal) collected by the microphone 111 and amplified by the microphone amplifier 112 into a digital signal (digital noise signal). In addition, as shown in FIG. 1, the DSP / CPU 122 considers the transfer function of each circuit unit, the transfer function between the driver and the cancellation point, and the like. This is the part that forms a noise reduction signal that can cancel out. The DAC 123 is a part that converts a noise reduction signal, which is a digital signal formed in the DSP / CPU 122, into an analog signal.

図6(B)に示したFBフィルタ回路12の構成を機能的にまとめると、図6(C)に示すように、遅延Lを発生させるADC/DAC部分121、123と、DSP/CPUによって形成されるデジタルフィルタ部122とからなるものとして表すことができる。そして、デジタル化したFBフィルタ部12においては、図6(C)に示したように、サンプリング周波数Fsに対して、強制的にLサンプル分の遅延が生じることになり、DSP/CPUで自由にデジタルフィルタを設計しようとも、(この成分は図6(C)で等価ブロック表現したように)必ず直列に挿入されることになる。なお、これ以降、各図では[サンプル(sample)]単位を[smp]と略記する。   When the configuration of the FB filter circuit 12 shown in FIG. 6B is functionally summarized, as shown in FIG. 6C, it is formed by ADC / DAC parts 121 and 123 that generate a delay L, and a DSP / CPU. It can be expressed as comprising the digital filter unit 122. Then, in the digitized FB filter unit 12, as shown in FIG. 6C, a delay of L samples is forced with respect to the sampling frequency Fs, and the DSP / CPU is free to do so. Even if a digital filter is designed, this component is always inserted in series (as represented by an equivalent block in FIG. 6C). Hereinafter, in each figure, the unit of [sample] is abbreviated as [smp].

ここで、遅延分のLサンプルは、ADC/DACなどでオーバーサンプリング技術を用いている場合もあり、必ずしも整数というわけではない。また、厳密にはDSP/CPU内においても入出力のストリームを形成する際に、1〜数サンプル分のバッファリング構造を持っている場合もあり、このバッファ分も系の遅延として影響を及ぼす。しかし、以下においては説明を簡単にするため、遅延分のLサンプルは整数であり、DSP/CPUにおいて発生する遅延分については、ADC/DACにおける遅延分に含めて考えることとする。   Here, the L samples for the delay may use an oversampling technique in ADC / DAC or the like, and are not necessarily an integer. Strictly speaking, when an input / output stream is formed in the DSP / CPU, it may have a buffering structure for one to several samples, and this buffer also affects the delay of the system. However, in the following, in order to simplify the explanation, the L samples for the delay are integers, and the delay generated in the DSP / CPU is considered to be included in the delay in the ADC / DAC.

例えば、一般的な例として、サンプリング周波数Fs=48kHzのADC及びDACにおいて、これらADC及びDACのデバイス内部でかかる遅延量が、サンプリング周波数Fsに対して各20サンプルとすると、ADC及びDACで合計40サンプルの遅延がDSP/CPUなどの演算を行わなくても、FBフィルタ回路12に内包され、結果オープンループの遅延として系全体に掛かることになる。   For example, as a general example, in an ADC and a DAC with a sampling frequency Fs = 48 kHz, assuming that the delay amount in the ADC and DAC devices is 20 samples for each sampling frequency Fs, a total of 40 for the ADC and the DAC. Even if the delay of the sample is not performed by the DSP / CPU or the like, it is included in the FB filter circuit 12, and as a result, the entire system is applied as an open loop delay.

具体的に、実測値を用いて、FBフィルタ回路12に内包される遅延量について説明する。図7は、サンプリング周波数Fs=48kHzで40サンプルの遅延分に相当するゲインと位相とについて説明するための図である。また、図8は、サンプリング周波数Fs=48kHzの場合において、遅延分が1サンプル、2サンプル、3サンプルの場合の位相の状態を示す図である。また、図9は、フィードバック方式のノイズキャンセリングシステムにおいて、ドライバからマイクまでの伝達関数の測定値を示す図である。   Specifically, the delay amount included in the FB filter circuit 12 will be described using actual measurement values. FIG. 7 is a diagram for explaining the gain and phase corresponding to the delay of 40 samples at the sampling frequency Fs = 48 kHz. FIG. 8 is a diagram showing a phase state when the delay is 1 sample, 2 samples, and 3 samples in the case of the sampling frequency Fs = 48 kHz. FIG. 9 is a diagram showing measured values of the transfer function from the driver to the microphone in the feedback type noise canceling system.

図7において、図7(A)は、横軸が周波数、縦軸はゲインを示しており、また、図7(B)は、横軸が周波数、縦軸は位相を示している。図7(B)を見ると分かるように、この例の場合、数10Hzから位相回転が始まり、Fs/2(サンプリング周波数Fsの2分の1)の周波数(24kHz)に到るまで大きく回転している。   7A, the horizontal axis indicates frequency and the vertical axis indicates gain, and in FIG. 7B, the horizontal axis indicates frequency and the vertical axis indicates phase. As can be seen from FIG. 7B, in this example, phase rotation starts from several tens of Hz, and it rotates greatly until it reaches a frequency (24 kHz) of Fs / 2 (half the sampling frequency Fs). ing.

これは、図8に示すように、サンプリング周波数Fs=48kHzにて、1サンプルの遅れは、図8(A)に示すように、Fs/2の周波数で180deg.(π)分だけの位相遅れに相当し、同じく図8(B)、(C)に示すように、2サンプル、3サンプルの遅れは360deg.(2π)、540deg.(3π)に繋がることがわかれば容易に理解できる。すなわち、この例の場合、1サンプル遅れる毎に、位相の遅れはπ分ずつ増えることになる。   As shown in FIG. 8, when the sampling frequency is Fs = 48 kHz, the delay of one sample is 180 deg. At the frequency of Fs / 2 as shown in FIG. This corresponds to a phase delay of (π), and as shown in FIGS. 8B and 8C, the delay of 2 samples and 3 samples is 360 deg. (2π), 540 deg. It can be easily understood if it is understood that this leads to (3π). That is, in this example, every time one sample is delayed, the phase delay increases by π.

一方、フィードバック方式のノイズキャンセリングシステムにおいては、図1(A)にも示したように、マイク111の位置は、ドライバ15の前面近傍に設置するようにされるため、両者の距離は近く、ドライバからマイクまでの伝達関数は、図9に示したように、位相回転が比較的少ないことがわかる。このことは、図7(B)と図9(B)とを比較してみても明らかである。   On the other hand, in the feedback type noise canceling system, as shown in FIG. 1A, the microphone 111 is installed near the front surface of the driver 15, so that the distance between the two is close, It can be seen that the transfer function from the driver to the microphone has relatively little phase rotation as shown in FIG. This is also evident when comparing FIG. 7B and FIG. 9B.

図9に、その特性を示したフィードバック方式のノイズキャンセリングシステムにおけるドライバからマイクまでの伝達関数は、図3の(1)式、(2)式におけるADHMに相当しており、これとFBフィルタ回路12の−β特性とを周波数軸上で掛け合わせたものが、そのままオープンループとなる。このオープンループの特性が、図4を用いて説明した条件、すなわち、(1)位相0deg.(0度)の点を通過する時、ゲインは0dB(0デシベル)より小さくなくてはならない。(2)ゲインが0dB以上である時、位相0deg.の点を含んではいけない。という(1)、(2)の条件を満たす必要がある。   In FIG. 9, the transfer function from the driver to the microphone in the feedback type noise canceling system showing the characteristics corresponds to the ADHM in the equations (1) and (2) in FIG. A product obtained by multiplying the -β characteristic of the circuit 12 on the frequency axis becomes an open loop as it is. The characteristics of the open loop are the same as those described with reference to FIG. 4, that is, (1) phase 0 deg. When passing through the (0 degree) point, the gain must be less than 0 dB (0 dB). (2) When the gain is 0 dB or more, the phase is 0 deg. Do not include the point. It is necessary to satisfy the conditions (1) and (2).

ここでもう一度、図7(B)の位相特性を見ると、0deg.から始まって1kHz付近で1周(2π)回転していることがわかる。これに加え、図9のADHM特性(ドライバからマイクまでの伝達特性)においてもドライバからマイクまでの距離により位相遅れは存在している。   Here, looking again at the phase characteristics of FIG. It can be seen that the rotation is 1 round (2π) around 1 kHz. In addition, in the ADHM characteristic (transfer characteristic from the driver to the microphone) of FIG. 9, there is a phase delay depending on the distance from the driver to the microphone.

図6(C)に示したFBフィルタ回路12を機能的に表したブロック図(構造図)を見ると、ADC/DACによる遅延成分と直列に、自由設計できるフィルタ部分(DSP/CPUによって実現)122が接続されているが、このデジタルフィルタ部122においては、基本的に位相進みのフィルタは、因果律から見て設計することは困難である。ただし、フィルタ形状の構成によっては、特定帯域だけの「部分的な」位相進みを補償できるようにすることは考えられるが、ADC/DACによる遅延成分による位相回転を補償するような広い帯域の位相進み回路を作るのは不可能である。   A block diagram (structure diagram) functionally representing the FB filter circuit 12 shown in FIG. 6C shows a filter portion that can be freely designed in series with a delay component by ADC / DAC (realized by DSP / CPU). 122 is connected, but in this digital filter unit 122, it is basically difficult to design a phase advance filter from the viewpoint of causality. However, depending on the configuration of the filter shape, it may be possible to compensate for a “partial” phase advance only in a specific band, but a wide-band phase that compensates for phase rotation due to a delay component due to ADC / DAC. It is impossible to make a lead circuit.

このことを考えると、FBフィルタ回路12内(−βブロック内)において、DSP/CPU122により好適なデジタルフィルタを設計しても、この場合、フィードバック構成にてノイズ低減効果を得ることができる帯域は、位相が1周回転する1kHz近辺以下に限られ、ADHM特性をも組み込んだオープンループを想定し、位相余裕・ゲイン余裕を見込むと、その減衰量や減衰帯域は、さらに狭められてしまうことがわかる。   In consideration of this, even if a suitable digital filter is designed by the DSP / CPU 122 in the FB filter circuit 12 (in the -β block), in this case, the band where the noise reduction effect can be obtained by the feedback configuration is Assuming an open loop that incorporates ADHM characteristics and the phase is limited to around 1 kHz where the phase rotates once, the amount of attenuation and attenuation band may be further narrowed if the phase margin and gain margin are considered. Recognize.

図10は、FBフィルタ回路12の望ましい特性について説明するための図であり、図10(A)はゲイン特性を、図10(B)は位相特性を示している。図9のような特性に対して、FBフィルタ回路12の望ましい特性(β特性(FBフィルタ回路12内の位相反転系))というのは、図10(A)に示すように、ゲイン形状がノイズ低減効果を狙う帯域においてほぼ山型の形状を持ちながら、図10(B)に示すように、位相回転はあまり起こらない(図10(B)では低域から高域まで位相特性は1回転していない)ような形状であることがわかる。   10A and 10B are diagrams for explaining desirable characteristics of the FB filter circuit 12. FIG. 10A shows gain characteristics and FIG. 10B shows phase characteristics. The desirable characteristic of the FB filter circuit 12 (β characteristic (phase inversion system in the FB filter circuit 12)) with respect to the characteristic as shown in FIG. 9 is that the gain shape is noise as shown in FIG. As shown in FIG. 10B, phase rotation does not occur much while having a substantially mountain shape in the band aiming at the reduction effect (in FIG. 10B, the phase characteristic is rotated once from the low range to the high range). It can be seen that the shape is not.

しかし、図6(B)、(C)のような構成においては、図7のような位相回転を多く持つ遅延特性に対し、直列接続されたデジタルフィルタを用いて、図10のようなFBフィルタ回路(βフィルタ形状)の形成は、位相の大幅な回復が必要であり不可能である。ここでの趣旨としては、FBフィルタ(βフィルタ)(あるいはFBフィルタ回路(−βブロック))内で位相が一回転回ってしまうと、図4の形状制限からみても大きくノイズ減衰特性を損なうため、位相が一回転しないような形状を作るのが、当面の目標となる。   However, in the configuration as shown in FIGS. 6B and 6C, an FB filter as shown in FIG. 10 is used by using a digital filter connected in series for the delay characteristic having a large phase rotation as shown in FIG. Formation of a circuit (β filter shape) is not possible because it requires significant phase recovery. The gist here is that if the phase rotates once in the FB filter (β filter) (or FB filter circuit (−β block)), the noise attenuation characteristic is greatly impaired even in view of the shape limitation of FIG. The target for the time being is to make the shape so that the phase does not rotate once.

なお、本質的には、ノイズ低減の対象帯域(主として低域)において位相回転が小さければ、帯域外についての位相変化は(ゲインさえ落ちていれば)関係ない。しかし、一般に高域での位相回転が多いと、これは低域にも少なからず影響があるため、広い帯域を対象として位相回転を少なく設計するのがこの発明の目的である。また、アナログ回路においては、図10のような特性は設計可能であり、その意味において、前述したデジタル化のメリットと引き換えに、アナログ回路でシステム設計した場合に比べてノイズ低減効果を大きく損なうことは好ましくない。   Essentially, if the phase rotation is small in the noise reduction target band (mainly the low band), the phase change outside the band is irrelevant (if the gain is reduced). However, in general, if there is a large amount of phase rotation in the high frequency range, this has a considerable influence on the low frequency range. Therefore, it is an object of the present invention to design a small phase rotation for a wide band. Further, in the analog circuit, the characteristics as shown in FIG. 10 can be designed, and in that sense, the noise reduction effect is greatly impaired as compared with the case where the system is designed with the analog circuit in exchange for the above-mentioned advantages of digitization. Is not preferred.

[この発明の具体的な構成と動作について]
そこで、この本発明は、上述もしたFBフィルタ回路12やFFフィルタ回路22をデジタル化することにより得られるメリットを活かしながら、これらFBフィルタ回路12やFFフィルタ回路22における遅延を減らし、ノイズ低減効果を大きく保つことができるようにするものである。
[Specific Configuration and Operation of the Invention]
Accordingly, the present invention reduces the delay in the FB filter circuit 12 and the FF filter circuit 22 while taking advantage of the advantages obtained by digitizing the FB filter circuit 12 and the FF filter circuit 22 as described above, thereby reducing the noise. It can be kept large.

なお、この発明は、フィードバック方式のノイズキャンセリングシステムにも、また、フィードフォワード方式のノイズキャンセリングシステムにも適用可能なものであるが、以下においては説明を簡単にするため、フィードバック方式のノイズキャンセリングシステムに、この発明を適用する場合を例にして説明する。   The present invention can be applied to a feedback type noise canceling system and also to a feedforward type noise canceling system. A case where the present invention is applied to a canceling system will be described as an example.

図11は、この発明によるFBフィルタ回路の構成例の1つを説明するためのブロック図である。ここでは、FBフィルタ回路12Aの設計を図6(B)に示したように、ADC/DACを含むデジタル素子のみで置き換えるのではない。図11(A)に示すように、ADC121とDSP/CPU122とDAC123とからなるデジタル部と並列に、アナログフィルタ124からなるアナログパスを加え、それぞれからの出力信号をアナログ上で加算することができるように構成したものを、新たなFBフィルタ回路(−βブロック)12Aとするものである。   FIG. 11 is a block diagram for explaining one configuration example of the FB filter circuit according to the present invention. Here, as shown in FIG. 6B, the design of the FB filter circuit 12A is not replaced with only digital elements including ADC / DAC. As shown in FIG. 11A, an analog path made up of an analog filter 124 can be added in parallel with a digital unit made up of an ADC 121, a DSP / CPU 122, and a DAC 123, and the output signals from each can be added on an analog basis. What is configured as described above is a new FB filter circuit (-β block) 12A.

そして、図11(A)に示した構成のFBフィルタ回路12Aは、図11(B)に示すように、遅延Lを発生させるADC/DAC部分121、123と、DSP/CPUによって形成されるデジタルフィルタ部122とからなるものとして表すことができる。そして、図11(B)においても、図6(C)の場合と同様に、ADC/DAC部分121、123では、サンプリング周波数Fsに対して、強制的にLサンプル分の遅延が生じることになり、これを「遅延L[smp]@Fs」というように示している。   Then, the FB filter circuit 12A having the configuration shown in FIG. 11A has a digital circuit formed by ADC / DAC portions 121 and 123 that generate a delay L and a DSP / CPU, as shown in FIG. 11B. It can be expressed as comprising the filter unit 122. Also in FIG. 11B, as in the case of FIG. 6C, the ADC / DAC portions 121 and 123 forcibly cause a delay of L samples with respect to the sampling frequency Fs. This is indicated as “delay L [smp] @Fs”.

また、図11(A)、(B)に示したFBフィルタ回路12Aは、アナログフィルタ124の出力(アナログ信号)と、デジタルフィルタ部122の出力(アナログ信号)とをミキサ部(合成部)にて加算する構成としたが、これに限るものではない。図13は、この発明によるFBフィルタ回路の他の例を説明するためのブロック図である。   Also, the FB filter circuit 12A shown in FIGS. 11A and 11B uses the output of the analog filter 124 (analog signal) and the output of the digital filter unit 122 (analog signal) as a mixer unit (synthesis unit). However, the present invention is not limited to this. FIG. 13 is a block diagram for explaining another example of the FB filter circuit according to the present invention.

図13(A)に示したFBフィルタ回路12Bは、アナログフィルタ124は有さず、ADC121とDSP/CPU122とDAC123からなるデジタル部の出力(アナログ信号)に対して、当該デジタル部に入力したアナログ信号を加算できるいようにするためのアナログパスを設けるように構成したものである。そして、図13(A)に示した構成のFBフィルタ回路12Bは、図13(B)に示すように、Lサンプル分の遅延が生じるADC/DACからなる遅延部分121、123と、DSP/CPUからなるデジタルフィルタ部122とから構成されるものである。   The FB filter circuit 12B illustrated in FIG. 13A does not include the analog filter 124, and an analog signal input to the digital unit (an analog signal) including the ADC 121, the DSP / CPU 122, and the DAC 123 is input to the digital unit. An analog path is provided so that signals can be added. The FB filter circuit 12B having the configuration shown in FIG. 13A includes delay portions 121 and 123 made of ADC / DAC that cause a delay of L samples and a DSP / CPU as shown in FIG. 13B. And a digital filter unit 122 composed of

この図13に示したFBフィルタ回路12Bは、図11に示したデジタルフィルタ回路12Aの特殊な場合であると解釈できる。しかし、図13に示したFBフィルタ回路12Bの場合には、アナログの素子をもたないため(アナログフィルタを備えないため)、ばらつきや安定性の面で信頼性が高いシステムとなる。   The FB filter circuit 12B shown in FIG. 13 can be interpreted as a special case of the digital filter circuit 12A shown in FIG. However, since the FB filter circuit 12B shown in FIG. 13 does not have an analog element (because it does not include an analog filter), the system is highly reliable in terms of variation and stability.

そして、図11に示したアナログフィルタ124や図13に示したスルー特性を示すアナログパスでの処理を、デジタルフィルタでの処理と並列で行った後に、アナログフィルタ124で処理したアナログ信号を、あるいは、スルー特性を示すアナログパスで処理したアナログ信号を、デジタル部(デジタルフィルタ)で処理した信号に加算した結果の信号が、β特性として図10のようなフィルタ概形を目指して設計を行うことになる。一般に、アナログフィルタ回路の変更は可能ではあるが、システム規模が大きくなる。一方、デジタルフィルタの変更はDSP/CPU上のソフトウェアにより容易に行うことが可能である。   Then, the analog filter 124 shown in FIG. 11 and the analog path showing the through characteristics shown in FIG. 13 are processed in parallel with the digital filter, and then the analog signal processed by the analog filter 124 or The signal resulting from adding the analog signal processed in the analog path indicating the through characteristic to the signal processed by the digital unit (digital filter) is designed to have a filter outline as shown in FIG. 10 as the β characteristic. become. In general, the analog filter circuit can be changed, but the system scale becomes large. On the other hand, the digital filter can be easily changed by software on the DSP / CPU.

このため、図11に示したFBフィルタ12A、図13に示したFBフィルタ回路12Bを用いてノイズ減衰効果の異なる複数のモードを実装する場合には、アナログフィルタやスルーのアナログパスは、そのまま固定し、デジタルフィルタ部分のみ複数設計して必要に応じて変更する手法が効率的であり、この手法をこの実施の形態のFBフィルタ回路においては用いるようにしている。   For this reason, when a plurality of modes having different noise attenuation effects are implemented using the FB filter 12A shown in FIG. 11 and the FB filter circuit 12B shown in FIG. 13, the analog filter and the through analog path are fixed as they are. However, it is efficient to design a plurality of digital filter portions and change them as necessary, and this method is used in the FB filter circuit of this embodiment.

図14、図15は、この実施の形態のFBフィルタ回路をフィードバック方式のノイズキャンセリングシステムに適用した場合のシステム全体の構成を示すブロック図である。この内、図14は、図11に示した構成のFBフィルタ回路12A、すなわち、ADC121とDSP/CPU122とDAC123とからなるデジタル部と、これと並列にアナログフィルタ124が設けられて構成されたFBフィルタ回路12Aが、マイク及びアンプ部11と、パワーアンプ14との間に設けられたものである。   FIG. 14 and FIG. 15 are block diagrams showing the configuration of the entire system when the FB filter circuit of this embodiment is applied to a feedback type noise canceling system. 14 shows an FB filter circuit 12A having the configuration shown in FIG. 11, that is, an FB configured by providing a digital unit including an ADC 121, a DSP / CPU 122, and a DAC 123, and an analog filter 124 in parallel therewith. The filter circuit 12 </ b> A is provided between the microphone and amplifier unit 11 and the power amplifier 14.

また、図15は、図13に示した構成のFBフィルタ回路12B、すなわち、ADC121とDSP/CPU122とDAC123とからなるデジタル部と、これと並列にスルー特性を有するアナログパスが設けられて構成されたFBフィルタ回路12Bが、マイク及びアンプ部11と、パワーアンプ14との間に設けられたものである。   Further, FIG. 15 is configured by providing the FB filter circuit 12B having the configuration shown in FIG. 13, that is, a digital unit including the ADC 121, the DSP / CPU 122, and the DAC 123, and an analog path having a through characteristic in parallel therewith. The FB filter circuit 12 </ b> B is provided between the microphone and amplifier unit 11 and the power amplifier 14.

図14、図15に示したように、図11に示した構成のFBフィルタ回路12Aと、図13に示した構成のFBフィルタ回路12Bとを、フィードバック方式のノイズキャンセリングシステムのFBフィルタ回路として用いることができるようにされる。   As shown in FIGS. 14 and 15, the FB filter circuit 12A having the configuration shown in FIG. 11 and the FB filter circuit 12B having the configuration shown in FIG. 13 are used as the FB filter circuit of the feedback type noise canceling system. Can be used.

図12は、図11(B)に示したFBフィルタ回路12Aの特性Hb(z)と、図11(B)に示したデジタルフィルタ(DSP/CPU)122の特性Hx(z)とを説明するための計算式を示す図である。   FIG. 12 explains the characteristic Hb (z) of the FB filter circuit 12A shown in FIG. 11B and the characteristic Hx (z) of the digital filter (DSP / CPU) 122 shown in FIG. 11B. It is a figure which shows the calculation formula for.

図11(B)において、アナログフィルタ124の特性をHa(z)、デジタルフィルタ部122の特性をHx(z)、β特性(設計目標特性、すなわち、FBフィルタ回路12Aの特性)をHb(z)とすると、当該Hb(z)は、図12の(1)式のようにz変換を用いた式で表すことができる。   In FIG. 11B, the analog filter 124 has the characteristic Ha (z), the digital filter 122 has the characteristic Hx (z), and the β characteristic (design target characteristic, that is, the characteristic of the FB filter circuit 12A) is Hb (z). ), Hb (z) can be expressed by an equation using z-transform as shown in equation (1) in FIG.

なお、Ha(z)、Hb(z)は、本来アナログ領域での特性で定義され、実際の加算もアナログ上で行われる。しかし、ここでは計算を容易にするために、図11、図12において、Ha(z)、Hb(z)特性をサンプリング周波数Fsにて離散化したものとして、デジタル領域で扱っている。   Note that Ha (z) and Hb (z) are originally defined by characteristics in the analog domain, and actual addition is also performed on analog. However, here, in order to facilitate the calculation, in FIGS. 11 and 12, the Ha (z) and Hb (z) characteristics are handled in the digital domain as being discretized by the sampling frequency Fs.

そして、図12の(1)式を、デジタルフィルタ部122の特性Hx(z)を求める式に変形すると、図12の(2)式に示すように変形することができる。図12の(2)式において、係数部分であるZの+L乗の部分(Z+Lの部分)は、Lサンプル分の時間進みを意味するので、デジタルフィルタHx(z)が因果律を満たすためには、目標特性Hb(z)及びアナログフィルタHa(z)の各インパルス応答の差(Hb(z)−Ha(z))が時間軸において、先頭からLサンプルの間、一致している必要がある。このLサンプルの期間内に両者の応答が一致していない場合は、Hx(z)は負の時間に係数を持つことになり、実際にフィルタを構築することができない。 12 can be transformed into an equation for obtaining the characteristic Hx (z) of the digital filter unit 122 as shown in the equation (2) in FIG. In the equation (2) in FIG. 12, the coefficient portion Z to the + L power (Z + L portion) means a time advance of L samples, so that the digital filter Hx (z) satisfies the causality. The difference between the impulse response of the target characteristic Hb (z) and the analog filter Ha (z) (Hb (z) −Ha (z)) needs to match between the first and L samples on the time axis. is there. If the responses do not match within the L sample period, Hx (z) will have a coefficient at a negative time, and a filter cannot actually be constructed.

以下においては、サンプリング周波数Fs=96kHz、ADC/DACでの遅延=16サンプルであるデジタルフィルタと、これに並列にスルー特性のアナログパスが設けられた図13に示した構成のFBフィルタ回路12Bを用いて、フィードバック方式のノイズキャンセリングシステムの場合を例にして、この発明によるFBフィルタ回路が適用されたノイズキャンセリングシステムについて詳細に説明する。   In the following, a digital filter having a sampling frequency Fs = 96 kHz, a delay in ADC / DAC = 16 samples, and an FB filter circuit 12B having a configuration shown in FIG. The noise canceling system to which the FB filter circuit according to the present invention is applied will be described in detail by taking the case of a feedback type noise canceling system as an example.

図16は、この例の場合のADC/DAC112、113の遅延特性のゲインと位相とを説明するための図である。図16(A)は、横軸が周波数、縦軸がゲインを示しており、図16(B)は、横軸が周波数、縦軸が位相を示している。この図16と、図7に示したサンプリング周波数Fs=48kHzで40サンプルの遅延分に相当するゲインと位相とについて説明するための図とを比較すると分かるように、この例における図16に示した特性の方が、図7に示した特性に比べ、サンプリング周波数Fsの周波数が高くなり、加えてフィルタ遅延が小さくなっているため、位相回転は6kHzで1周するようになり、ノイズ減衰効果を作るβ特性に対して、位相的な余裕が大きくなっている。   FIG. 16 is a diagram for explaining the gain and phase of delay characteristics of the ADC / DACs 112 and 113 in this example. In FIG. 16A, the horizontal axis indicates frequency and the vertical axis indicates gain, and in FIG. 16B, the horizontal axis indicates frequency and the vertical axis indicates phase. As can be seen from a comparison between FIG. 16 and a diagram for explaining the gain and phase corresponding to the delay of 40 samples at the sampling frequency Fs = 48 kHz shown in FIG. Compared with the characteristic shown in FIG. 7, the characteristic has a higher sampling frequency Fs and a smaller filter delay, so that the phase rotation makes one round at 6 kHz, resulting in a noise attenuation effect. There is a large phase margin for the β characteristic to be created.

しかしながら、図16に示したようなADC/DAC遅延特性においていても、上述した図6にあるようなβ特性ブロックを直接デジタルフィルタで置き換えるような考え方であれば、やはり期待できるノイズ効果帯域はアナログより狭く効果が小さくなってしまう。   However, even in the ADC / DAC delay characteristic as shown in FIG. 16, if the idea is to directly replace the β characteristic block as shown in FIG. Narrower and less effective.

ここでノイズ減衰の帯域・効果を拡張しつつ、デジタル化のメリット(モード切り替えなど)を活かすべく、図11、図13を用いて説明した手法(以下、ハイブリッド−フィードバック方式と称する。)を適用する。図17〜図22に、その構成例及び特性図を示す。   Here, the method described with reference to FIGS. 11 and 13 (hereinafter referred to as a hybrid-feedback method) is applied in order to utilize the merit of digitization (mode switching, etc.) while expanding the band and effect of noise attenuation. To do. 17 to 22 show configuration examples and characteristic diagrams.

[ハイブリッド−フィードバック方式のFBフィルタ回路の具体例について]
[ハイブリッド−フィードバック方式のFBフィルタ回路の具体例1]
図17は、FBフィルタ回路の一構成例(具体例1)としてのFBフィルタ回路12Cを説明するためのブロック図である。この例の場合には、アナログパスにアナログフィルタを用いないスルーとして設計してあり、デジタルフィルタ部122をデジタル2次IIR(Infinite Impulse Response)フィルタにてLPF(Low Pass Filter)1221及びMPF(Mid Presence Filter)1222の並列で構成したものである。すなわち、図17に示したFBフィルタ回路12Cは、図13に示したFBフィルタ回路12Bの具体的な構成例の1つである。
[Specific Example of Hybrid-Feedback FB Filter Circuit]
[Specific example 1 of hybrid-feedback FB filter circuit]
FIG. 17 is a block diagram for explaining an FB filter circuit 12C as a configuration example (specific example 1) of the FB filter circuit. In the case of this example, it is designed as a through that does not use an analog filter in the analog path, and the digital filter unit 122 is a digital second-order IIR (Infinite Impulse Response) filter. Presence Filter) 1222 is configured in parallel. That is, the FB filter circuit 12C illustrated in FIG. 17 is one of specific configuration examples of the FB filter circuit 12B illustrated in FIG.

なお、図17においても、遅延を発生させる部位としてADC121とDAC123とを1つのブロックで示しているが、実際にはデジタルフィルタ部122を構成するLPF1221からの出力と、MPF1222からの出力は、DAC123によりアナログ信号に変換された後に、合成部125において、アナログパスからのアナログ信号をも加えたかたちで合成される。合成部125において合成された信号は、インバータ126に供給され、ここで位相反転するように処理された後に出力される構成となっている。   In FIG. 17 as well, the ADC 121 and the DAC 123 are shown as one block as a part that generates a delay, but in reality, the output from the LPF 1221 and the output from the MPF 1222 that constitute the digital filter unit 122 are the DAC 123. After being converted into an analog signal by, the synthesizer 125 synthesizes the analog signal from the analog path. The signal synthesized in the synthesizing unit 125 is supplied to the inverter 126, where it is output after being processed so as to invert the phase.

図18は、図17に示したFBフィルタ回路12Cのうちのデジタルフィルタ部(LPFとMPFの並列部分)122だけの特性を示す図であり、図19は、デジタルフィルタ部122に加えて、ADC/DAC121、123における16サンプルの遅延を含めた場合の特性を示す図である。図18、図19において、上段は、横軸が周波数、縦軸が位相である位相特性のグラフであり、下段は、横軸が周波数、縦軸がゲインであるゲイン特性のグラフである。   18 is a diagram showing characteristics of only the digital filter unit (a parallel part of LPF and MPF) 122 in the FB filter circuit 12C shown in FIG. 17, and FIG. 19 shows an ADC in addition to the digital filter unit 122. FIG. 11 is a diagram illustrating characteristics when delays of 16 samples in / DACs 121 and 123 are included. 18 and 19, the upper graph is a graph of phase characteristics in which the horizontal axis is frequency and the vertical axis is phase, and the lower graph is a graph of gain characteristics in which the horizontal axis is frequency and the vertical axis is gain.

図18と図19とを比較すると分かるように、上段のグラフに変化が生じている。すなわち、デジタルフィルタ部122の特性に、ADC/DACの遅延特性を付加するようにすると(ADC/DACにおける16サンプルの遅延を含めるようにすると)、ゲイン特性に変化はないが、位相特性は変化する。すなわち、位相回転を伴った特性となる。   As can be seen by comparing FIG. 18 and FIG. 19, there is a change in the upper graph. That is, if the ADC / DAC delay characteristic is added to the characteristics of the digital filter unit 122 (including 16-sample delay in the ADC / DAC), the gain characteristic does not change, but the phase characteristic changes. To do. That is, the characteristics are accompanied by phase rotation.

図18、図19を用いて説明したデジタルフィルタ部122とADC/DAC121、123とからなるデジタル部と、スルー特性を有するアナログパスとからなる図17に示したFBフィルタ回路12Cの特性(β特性)を図20(A)に示す。図20(A)において、最上段のグラフは、この伝達関数のインパルス応答の先頭部(128サンプルまで)のグラフであり、横軸がサンプル数、縦軸がレベルである。中段のグラフは、位相特性のグラフであり、横軸は周波数、縦軸は位相である。下段のグラフは、ゲイン特性のグラフであり、横軸が周波数、縦軸がゲインである。   The characteristics (β characteristics) of the FB filter circuit 12C shown in FIG. 17, which includes the digital section composed of the digital filter section 122 and the ADC / DACs 121 and 123 described with reference to FIGS. 18 and 19, and the analog path having the through characteristics. ) Is shown in FIG. In FIG. 20A, the uppermost graph is a graph of the leading part (up to 128 samples) of the impulse response of this transfer function, the horizontal axis is the number of samples, and the vertical axis is the level. The middle graph is a graph of phase characteristics, where the horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents phase. The lower graph is a graph of gain characteristics, where the horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents gain.

図20(A)を見ると分かるように、アナログパスを加えることで、位相回転を抑えており、これは低域から高域に至るまで一回転も回っていないことが分かる。各特性を別の面から見れば、ノイズ低減の中心となる低域特性はデジタルフィルタ部122の影響が大きく、ADC/DAC遅延により位相回転が大きくなりがちな中高域に関しては、応答の速いアナログパスの特性を、効果的に使用していることになる。   As can be seen from FIG. 20A, by adding an analog path, the phase rotation is suppressed, and it can be seen that this does not rotate even from the low range to the high range. If each characteristic is viewed from another aspect, the low-frequency characteristic that is the center of noise reduction is greatly affected by the digital filter unit 122, and the analog signal having a fast response is obtained for the middle-high frequency range where the phase rotation tends to be large due to the ADC / DAC delay. This means that the path characteristics are used effectively.

図20(A)に示した特性(図17に示したFBフィルタ回路12の特性(β特性))と、図9に示した伝達関数(ADHM)の実測特性とを、周波数軸上で乗算した特性(ADHMβ)のグラフを図20(B)に示す。この図20(B)においても、図20(A)の場合と同様に、最上段のグラフは、この伝達関数のインパルス応答の先頭部(128サンプルまで)のグラフであり、横軸がサンプル数、縦軸がレベルである。中段のグラフは、位相特性のグラフであり、横軸は周波数、縦軸は位相である。下段のグラフは、ゲイン特性のグラフであり、横軸が周波数、縦軸がゲインである。   The characteristic shown in FIG. 20A (the characteristic of the FB filter circuit 12 shown in FIG. 17 (β characteristic)) and the actually measured characteristic of the transfer function (ADHM) shown in FIG. 9 are multiplied on the frequency axis. A graph of characteristics (ADHMβ) is shown in FIG. Also in FIG. 20B, as in the case of FIG. 20A, the uppermost graph is a graph of the head part (up to 128 samples) of the impulse response of this transfer function, and the horizontal axis is the number of samples. The vertical axis is the level. The middle graph is a graph of phase characteristics, where the horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents phase. The lower graph is a graph of gain characteristics, where the horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents gain.

そして、図20(B)に示す伝達特性(ADHMβ)のグラフは、オープンループ(−ADHMβ)を位相反転(−1を乗算)した系であり、図6の場合の位相反転した場合として考えると、−π(−180deg.)またはπ(180deg.)の地点で発振を起こすため、この位相地点付近ではゲイン側特性が0dB以下である必要があることになる。   The graph of the transfer characteristic (ADHMβ) shown in FIG. 20B is a system in which the open loop (−ADHMβ) is phase-inverted (multiplied by −1), and is considered as the case of phase inversion in the case of FIG. , −π (−180 deg.) Or π (180 deg.), Oscillation occurs at a point near the phase point, and therefore the gain side characteristic needs to be 0 dB or less.

このため、図20(B)の中段のグラフに示すように、ループ発振防止のための位相余裕を30deg.として(位相の有効範囲を−150deg.〜150deg.として)、ゲイン縦軸は相対的な値とみれば、実際には図20(B)の下段に示したグラフにおいて、太線で示した横方向点線が、新たな0dBになるところまでFBフィルタ回路の特性(β特性)をシフトすることができ、この場合であればおよそ最大13dB程度がフィードバックループに対して貢献することになる。なお、山の形状から低域側、高域側の両方で位相余裕があるが、当然ながら発振しにくい方でのゲインアップ限界に合わせている。   Therefore, as shown in the middle graph in FIG. 20B, the phase margin for preventing loop oscillation is 30 deg. Assuming that the effective range of phase is −150 deg. To 150 deg. And the gain vertical axis is a relative value, in the graph shown in the lower part of FIG. The characteristic (β characteristic) of the FB filter circuit can be shifted until the dotted line reaches a new 0 dB. In this case, about 13 dB at the maximum contributes to the feedback loop. In addition, although there is a phase margin on both the low frequency side and the high frequency side from the shape of the mountain, it is naturally adjusted to the gain increase limit in the direction where oscillation is difficult.

[ハイブリッド−フィードバック方式のFBフィルタ回路の具体例2]
図21は、FBフィルタ回路の他の構成例(具体例2)としてのFBフィルタ回路12Dを説明するためのブロック図である。この例の場合にも、アナログパスにアナログフィルタを用いないスルーとして設計してある。そして、この図21に示すFBフィルタ回路の場合には、並列に設けられたいずれもデジタル二次IIRフィルタの構成のLPF1221とMPF1222aとの後段に、いずれもIIRフィルタで構成されるMPF1223及びMPF1224を設けることにより、狭帯域ながら減衰量が大きくなるよう意図して作成したものである。
[Specific example 2 of hybrid-feedback FB filter circuit]
FIG. 21 is a block diagram for explaining an FB filter circuit 12D as another configuration example (specific example 2) of the FB filter circuit. In this example as well, the analog path is designed as a through that does not use an analog filter. In the case of the FB filter circuit shown in FIG. 21, MPF 1223 and MPF 1224, both of which are configured by IIR filters, are provided downstream of LPF 1221 and MPF 1222a, both of which are configured as digital secondary IIR filters. By providing, it was created with the intention of increasing the attenuation amount in a narrow band.

すなわち、図17に示した構成のFBフィルタ回路12Cが比較的広帯域なものであるのに対して、図21に示す構成のFBフィルタ回路12Dは、狭帯域ではあるが減衰量が大きなものである。なお、図21に示す構成のFBフィルタ回路12Dもまた、スルー特性のアナログパスを有するものであり、図13に示したFBフィルタ回路12Bの具体的な構成例の1つである。   That is, the FB filter circuit 12C having the configuration shown in FIG. 17 has a relatively wide band, whereas the FB filter circuit 12D having the configuration shown in FIG. 21 has a narrow band but a large attenuation. . Note that the FB filter circuit 12D having the configuration shown in FIG. 21 also has an analog path with a through characteristic, and is one specific configuration example of the FB filter circuit 12B shown in FIG.

また、この図21に示すFBフィルタ回路12Dの場合にも、遅延を発生させる部位としてADC121とDAC123とを1つのブロックで示しており、MPF1224からの出力は、DAC123によりアナログ信号に変換された後に、合成部125において、アナログパスからのアナログ信号と合成される。合成部125において合成された信号は、インバータ126に供給され、ここで位相反転するように処理された後に出力される構成となっている。   In the case of the FB filter circuit 12D shown in FIG. 21 as well, the ADC 121 and the DAC 123 are shown as one block as a part for generating a delay, and the output from the MPF 1224 is converted into an analog signal by the DAC 123. The combining unit 125 combines the analog signal from the analog path. The signal synthesized in the synthesizing unit 125 is supplied to the inverter 126, where it is output after being processed so as to invert the phase.

そして、図22(A)は、アナログパスを固定したままの図21に示した構成のFBフィルタ回路12Dの特性(β特性)を示したものである。また、図22(B)は、図22(A)に示した特性(図21に示したFBフィルタ回路12Dの特性(β特性))と、図9に示した伝達関数(ADHM)の実測特性とを、周波数軸上で乗算した特性(ADHMβ)のグラフである。   FIG. 22A shows the characteristic (β characteristic) of the FB filter circuit 12D having the configuration shown in FIG. 21 with the analog path fixed. FIG. 22B shows the characteristics shown in FIG. 22A (the characteristics of the FB filter circuit 12D shown in FIG. 21 (β characteristics)) and the measured characteristics of the transfer function (ADHM) shown in FIG. Is a graph of a characteristic (ADHMβ) obtained by multiplying and on the frequency axis.

図22(A)、(B)において、最上段のグラフは、この伝達関数のインパルス応答の先頭部(128サンプルまで)のグラフであり、横軸がサンプル数、縦軸がレベルである。中段のグラフは、位相特性のグラフであり、横軸は周波数、縦軸は位相である。下段のグラフは、ゲイン特性のグラフであり、横軸が周波数、縦軸がゲインである。   22A and 22B, the uppermost graph is a graph of the head portion (up to 128 samples) of the impulse response of this transfer function, the horizontal axis is the number of samples, and the vertical axis is the level. The middle graph is a graph of phase characteristics, where the horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents phase. The lower graph is a graph of gain characteristics, where the horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents gain.

図22(A)の場合にも、上述した図20(A)の場合と同様に、アナログパスを加えることで、位相回転を抑えており、これは低域から高域に至るまで一回転も回っていないことが分かる。各特性を別の面から見れば、ノイズ低減の中心となる低域特性はデジタルフィルタ部122の影響が大きく、ADC/DAC遅延により位相回転が大きくなりがちな中高域に関しては、応答の速いアナログパスの特性を、効果的に使用していることになる。   In the case of FIG. 22A as well, as in the case of FIG. 20A described above, an analog path is added to suppress the phase rotation, which is one rotation from the low range to the high range. You can see that it is not turning. If each characteristic is viewed from another aspect, the low-frequency characteristic that is the center of noise reduction is greatly affected by the digital filter unit 122, and the analog signal having a fast response is obtained for the middle-high frequency range where the phase rotation tends to be large due to the ADC / DAC delay. This means that the path characteristics are used effectively.

そして、図22(B)の場合にも、図20(B)の場合と同様に、図22(B)の中段のグラフに示すように、ループ発振防止のための位相余裕を30deg.として(位相の有効範囲を−150deg.〜150deg.として)、ゲイン縦軸は相対的な値とみれば、実際には図22(B)の下段に示したグラフにおいて、太線で示した横方向点線が、新たな0dBになるところまでFBフィルタ回路の特性(β特性)をシフトすることができる。   In the case of FIG. 22B as well, as in the case of FIG. 20B, the phase margin for preventing loop oscillation is set to 30 deg. Assuming that the effective range of phase is −150 deg. To 150 deg. And the gain vertical axis is a relative value, in the graph shown in the lower part of FIG. The characteristic (β characteristic) of the FB filter circuit can be shifted until the dotted line reaches a new 0 dB.

[ハイブリッド−フィードバック方式のFBフィルタ回路の具体例3]
また、上述した具体例1、具体例2においては、説明を簡単にするためデジタルフィルタ部分を、IIRフィルタにて表現したが、これに限るものではない。例えば、FIR(Finite Impulse Response)フィルタ単体や、IIR、FIRの双方フィルタを並列または直列に接続して構成した複合フィルタを用いても良い。この時FIRの設計においても、不要な位相回転をなるべく避けるため、適切なゲインを設計したのち、最小位相推移型になるように設定することが好ましい。このように、最小位相推移型FIRフィルタを用いることにより、上述のように位相回転が避けられ、遅延が少なくなり、より精度よくノイズの低減を図ることができる。
[Specific example 3 of hybrid-feedback FB filter circuit]
In the above-described specific example 1 and specific example 2, the digital filter portion is expressed by an IIR filter for the sake of simplicity, but the present invention is not limited to this. For example, an FIR (Finite Impulse Response) filter alone or a composite filter configured by connecting both IIR and FIR filters in parallel or in series may be used. At this time, in designing the FIR, in order to avoid unnecessary phase rotation as much as possible, after designing an appropriate gain, it is preferable to set it to be the minimum phase transition type. Thus, by using the minimum phase transition type FIR filter, phase rotation is avoided as described above, delay is reduced, and noise can be reduced more accurately.

図23は、複合フィルタの構成のデジタルフィルタ部122を有するFBフィルタ回路12Eを説明するためのブロック図である。図23に示すように、この例のFBフィルタ回路12Eは、IIRフィルタ122xとIIRフィルタ122yとが並列に設けられると共に、その後段に最小位相推移型FIRフィルタ122zが設けられて形成されたデジタルフィルタ部122を有するものである。このように、IIRフィルタとFIRフィルタとを用いて複合フィルタの構成したデジタルフィルタ部122を有するFBフィルタ回路を構成するようにしてもよい。   FIG. 23 is a block diagram for explaining the FB filter circuit 12E having the digital filter unit 122 having a composite filter configuration. As shown in FIG. 23, the FB filter circuit 12E of this example includes a digital filter formed by providing an IIR filter 122x and an IIR filter 122y in parallel, and a minimum phase transition type FIR filter 122z at the subsequent stage. The portion 122 is included. In this manner, an FB filter circuit having the digital filter unit 122 configured as a composite filter may be configured using an IIR filter and an FIR filter.

また、上述した具体例の各FBフィルタ回路においては、ノイズ低減効果(効果帯域、効果ゲイン)を大きくとるため、96kHzという比較的高速のサンプリング周波数を用いるようにしたが、これに限るものではない。目標とする効果量によっては、サンプリング周波数を下げても、上述したように、デジタルパスとアナログパスとが並列に設けられたFBフィルタ回路を備えたフィードバック方式のノイズキャンセリングシステム(ハイブリッド−フィードバック方式のノイズキャンセリングシステム)を用いることで同様のノイズ低減効果を実現することが可能であり、これは低消費電力化やリソース削減の意味でも役立つものである。   Further, in each of the FB filter circuits of the specific examples described above, a relatively high sampling frequency of 96 kHz is used in order to obtain a large noise reduction effect (effect band, effect gain), but the present invention is not limited to this. . Depending on the target effect amount, a feedback type noise canceling system (hybrid-feedback system) having an FB filter circuit in which a digital path and an analog path are provided in parallel as described above, even if the sampling frequency is lowered. The same noise reduction effect can be realized by using the noise canceling system), which is useful in terms of low power consumption and resource reduction.

[ノイズキャンセリングシステムへの応用について]
次に、この発明によるハイブリッド−フィードバック方式のFBフィルタ回路を用いたノイズキャンセリングシステムの応用例について説明する。
[Application to noise canceling system]
Next, an application example of the noise canceling system using the hybrid-feedback FB filter circuit according to the present invention will be described.

[ノイズキャンセリングシステムへの応用例1]
図1、図14、図15に示したフィードバック方式のノイズキャンセリングシステムの場合、聴取対象となる外部からのアナログ入力音声S(音楽再生、通話音声、収音音声など)は、アナログのイコライジングを行ってから、アナログ段階で加算するようにしていた。しかし、アナログ入力音声Sについても、AD(Analog/Digital)変換してデジタルフィルタリング(イコライジング)を行うことで、より精度良く細かい音質調整を実現することもできる。
[Application Example 1 to Noise Canceling System]
In the case of the feedback type noise canceling system shown in FIG. 1, FIG. 14 and FIG. 15, the analog input voice S (music playback, call voice, collected voice, etc.) to be listened to is subjected to analog equalization. After going, it was added in the analog stage. However, the analog input sound S can also be finely adjusted with higher accuracy by performing AD (Analog / Digital) conversion and digital filtering (equalizing).

図24は、アナログ入力音声SをAD変換してデジタルフィルタリングを行うことができるようにしたノイズキャンセリングシステムについて説明するための図である。図24に示すように、ユーザヘッド(ユーザの頭部)HDに装着されるヘッドホンの筐体HP内部には、ドライブ回路151とスピーカ152とからなるドライバ15と、ユーザの耳位置(キャンセルポイントCP)の近傍にマイク111が設けられている。   FIG. 24 is a diagram for describing a noise canceling system in which analog input speech S can be AD-converted to perform digital filtering. As shown in FIG. 24, inside a headphone housing HP to be worn on a user head (user's head) HD, a driver 15 including a drive circuit 151 and a speaker 152, and a user's ear position (cancellation point CP) ) Is provided near the microphone 111.

このマイク111によって収音されて電気信号に変換された音声信号(ノイズ信号)が、マイクアンプ112で増幅され、アナログパスを有するハイブリッド−フィードバック方式のFBフィルタ回路12Fに供給され、ここで処理されてノイズ低減信号が形成され、これがパワーアンプ14を通じてドライバ15に供給されて放音されることにより、ノイズ信号を低減することができるようになっている。   An audio signal (noise signal) collected by the microphone 111 and converted into an electric signal is amplified by the microphone amplifier 112, supplied to the hybrid-feedback FB filter circuit 12F having an analog path, and processed there. Thus, a noise reduction signal is formed, and the noise signal is supplied to the driver 15 through the power amplifier 14 and emitted, so that the noise signal can be reduced.

図24に示すように、この例のFBフィルタ回路12Fは、ADC122とデジタルフィルタ部122とDAC123とからなるデジタル部と、アナログフィルタ124を有するアナログパスとが並列に設けられたハイブリッド−フィードバック方式のものである。そして、デジタル部のDAC123においてアナログ信号に変換されたノイズ低減信号と、アナログパスからのアナログ信号とは、合成部13において合成するようにされている。なお、以下においては、ハイブリッド−フィードバック方式のFBフィルタ回路を、ハイブリッド−FBフィルタ回路という。   As shown in FIG. 24, the FB filter circuit 12F of this example is a hybrid-feedback system in which a digital unit including an ADC 122, a digital filter unit 122, and a DAC 123 and an analog path having an analog filter 124 are provided in parallel. Is. Then, the noise reduction signal converted into the analog signal in the DAC 123 of the digital unit and the analog signal from the analog path are combined in the combining unit 13. In the following, the hybrid-feedback FB filter circuit is referred to as a hybrid-FB filter circuit.

そして、図24に示すノイズキャンセリングシステムのハイブリッド−FBフィルタ回路12Fにおいて、ADC121は、アナログ入力音声Sをデジタル信号に変換するADC121aと、マイクアンプ112からの収音音声をデジタル信号に変換するADC121bを備えたものである。   In the hybrid-FB filter circuit 12F of the noise canceling system shown in FIG. 24, the ADC 121 includes an ADC 121a that converts the analog input sound S into a digital signal, and an ADC 121b that converts the sound collected from the microphone amplifier 112 into a digital signal. It is equipped with.

また、DSP/CPU122は、入力音声S用のイコライザ/エフェクト部(図24においては、EQ/Effectと記載。)122aと、ノイズ低減信号を生成するフィルタ部122bと、これらからの出力信号を合成する合成部122cとを実現する構成となっている。   Further, the DSP / CPU 122 synthesizes an equalizer / effect unit (described as EQ / Effect in FIG. 24) 122a for the input sound S, a filter unit 122b that generates a noise reduction signal, and an output signal from these. It is the structure which implement | achieves the synthetic | combination part 122c to perform.

このように、この例のハイブリッド−FBフィルタ回路12Fの場合には、ADC121aをノイズ低減用のループとは別に1つ持つことで、デジタルフィルタ部122にて、入力音声Sに対するイコライジング等を行うと共に、これをノイズ低減用のループからのノイズ低減信号と合成(ミキシング)してDAC123に供給することができる構成となっている。   Thus, in the case of the hybrid-FB filter circuit 12F of this example, the digital filter unit 122 performs equalization or the like on the input sound S by having one ADC 121a separately from the noise reduction loop. This is configured to be combined (mixed) with the noise reduction signal from the noise reduction loop and supplied to the DAC 123.

このように構成することによって、上述もしたように、アナログ入力音声Sについても、AD(Analog/Digital)変換してデジタルフィルタリング(イコライジング等)を行うことで、より精度良く細かい音質調整を実現することができるとともに、ノイズの低減をも効果的に実現することができるようにされる。   By configuring in this way, as described above, the analog input sound S is also subjected to AD (Analog / Digital) conversion and digital filtering (equalizing, etc.) to realize finer sound quality adjustment with higher accuracy. In addition, the noise can be effectively reduced.

図25は、デジタル入力音声SDを受け付ける構成のフィードバック方式のノイズキャンセリングシステムを説明するためのブロック図である。すなわち、図24に示したノイズキャンセリングシステムは、アナログ入力音声Sの入力を受け付けるために、ADC121aを備えていたが、アナログ入力音声Sが、既に何らかの手段にてデジタル化された後に入力される場合もありうる。   FIG. 25 is a block diagram for explaining a feedback type noise canceling system configured to receive digital input sound SD. That is, the noise canceling system shown in FIG. 24 includes the ADC 121a for receiving the input of the analog input sound S. However, the analog input sound S is input after it has already been digitized by some means. There may be cases.

この場合には、図25に示すように、外部からのデジタル入力音声SDを処理するイコライザ/エフェクタ部122bの機能を実現するデジタルフィルタ部122に、直接、デジタル入力音声SDを供給する構成とする。   In this case, as shown in FIG. 25, the digital input sound SD is directly supplied to the digital filter unit 122 that realizes the function of the equalizer / effector unit 122b that processes the digital input sound SD from the outside. .

すなわち、図15に示したフィードバック方式のノイズキャンセリングシステムのFBフィルタ回路12Gは、ADC121b、イコライザ/エフェクト部122aとフィルタ122bからなるデジタルフィルタ部122、DAC123、アナログフィルタ124、合成部13を備えるものである。したがって、図25に示したFBフィルタ回路12Gは、アナログ入力音声S用のADC121aを備えない点を除けば、図24に示したノイズキャンセリングシステムと同様に構成されるものである。   That is, the feedback type noise canceling system FB filter circuit 12G shown in FIG. 15 includes an ADC 121b, an equalizer / effect unit 122a and a filter 122b, a digital filter unit 122, a DAC 123, an analog filter 124, and a synthesis unit 13. It is. Therefore, the FB filter circuit 12G shown in FIG. 25 is configured in the same manner as the noise canceling system shown in FIG. 24 except that the ADC 121a for the analog input sound S is not provided.

そして、図25に示したように、デジタル入力音声SDの供給を受け付けることができるようにすることにより、デジタル化されて供給されるデジタル入力音声SDについても適切に処理することができると共に、ノイズの低減をも効果的に実現することができるようにされる。   Then, as shown in FIG. 25, by allowing the supply of the digital input sound SD to be accepted, the digital input sound SD supplied in a digitized manner can be appropriately processed, and noise can be processed. Can be effectively realized.

[ノイズキャンセリングシステムへの応用例2]
また、ノイズ低減効果を得られるようにするノイズキャンセリングシステムにおける基礎構成において、この発明の応用の1つとして、フィードバック方式とフィードフォワード方式との両方を組み合わせて用いるシステムが考えられる。図26は、フィードバック方式とフィードフォワード方式との両方を組み合わせたノイズキャンセリングシステムについて説明するための図である。
[Application example 2 to noise canceling system]
In addition, in a basic configuration of a noise canceling system that can obtain a noise reduction effect, a system that uses a combination of both a feedback method and a feedforward method can be considered as one application of the present invention. FIG. 26 is a diagram for explaining a noise canceling system in which both the feedback method and the feedforward method are combined.

図26に示すように、この例のノイズキャンセリングシステムは、フィードバックシステム部(フィードバック方式のノイズキャンセリングシステム部分)1と、フィードフォワードシステム部(フィードフォワード方式のノイズキャンセリングシステム部分)2とを備えたものである。   As shown in FIG. 26, the noise canceling system of this example includes a feedback system unit (feedback type noise canceling system part) 1 and a feed forward system part (feed forward type noise canceling system part) 2. It is provided.

そして、ユーザヘッド(ユーザの頭部)HDに装着されるヘッドホン筐体HPの内部に設置されるマイク111によって収音される音声信号(ノイズ信号)は、フィードバックシステム部1に供給される。フィードバックシステム部1では、FBフィルタ部においてノイズ低減信号が生成され、これが合成部3に供給される。   Then, an audio signal (noise signal) collected by the microphone 111 installed in the headphone housing HP attached to the user head (user's head) HD is supplied to the feedback system unit 1. In the feedback system unit 1, a noise reduction signal is generated in the FB filter unit and is supplied to the synthesis unit 3.

一方、ユーザヘッドHDに装着されるヘッドホン筐体HPの外部に設置されるマイク211によって収音される音声信号(ノイズ信号)は、フィードフォワードシステム部2に供給される。フィードフォワードシステム部2では、FFフィルタ部においてノイズ低減信号が生成され、これが合成部3に供給される。   On the other hand, an audio signal (noise signal) collected by the microphone 211 installed outside the headphone housing HP attached to the user head HD is supplied to the feedforward system unit 2. In the feedforward system unit 2, a noise reduction signal is generated in the FF filter unit and supplied to the synthesis unit 3.

合成部3は、フィードバックシステム部1からのノイズ低減信号とフィードフォワードシステム部2からのノイズ低減信号とを合成して、これをドライブ回路351とスピーカ352とからなるドライバ35に供給することにより、ノイズ低減信号に応じた音声を放音し、音響的にユーザの耳に到達するノイズを低減するようにしている。   The synthesizing unit 3 synthesizes the noise reduction signal from the feedback system unit 1 and the noise reduction signal from the feedforward system unit 2 and supplies the synthesized signal to the driver 35 including the drive circuit 351 and the speaker 352. A sound corresponding to the noise reduction signal is emitted, and noise that acoustically reaches the user's ear is reduced.

基本的に、フィードフォワード方式は、フィードバックと違い制御点の音圧を参照せず、またフィルタも設計時に代表的な1つに固定されるため、ノイズ音源の位置や個人間の耳特性の違いにより、キャンセルポイントCP2では低減対象帯域内においてもノイズ成分が設計時想定よりも残ることがある。しかし、キャンセルポイントCP1の制御点を参照するフィードバック方式を併用することで、このフィードフォワード方式のノイズ残留分もキャンセルできるようにし、ノイズ低減効果の増大を図ることが可能となる。   Basically, the feed-forward method does not refer to the sound pressure at the control point, unlike the feedback, and the filter is fixed to a representative one at the time of design. Thus, at the cancellation point CP2, a noise component may remain in the reduction target band than expected at the time of design. However, by using a feedback system that refers to the control point of the cancel point CP1, it is possible to cancel the residual noise of the feedforward system and increase the noise reduction effect.

図27は、図26に示したフィードバックシステム部1とフィードフォワードシステム部2とを備えたノイズキャンセリングシステムの構成例をさらに説明するためのブロック図である。   FIG. 27 is a block diagram for further explaining a configuration example of a noise canceling system including the feedback system unit 1 and the feedforward system unit 2 shown in FIG.

図27の右側のマイク及びマイクアンプ部11、FBフィルタ回路12A、12B等、パワーアンプ14、ドライバ35からなる部分が、フィードバックシステム部1である。また、図27の左側のマイク及びマイクアンプ部21、FFフィルタ回路22、パワーアンプ24、ドライバ35からなる部分がフィードフォワードシステム部2である。   The part including the power amplifier 14 and the driver 35 such as the microphone and microphone amplifier unit 11, the FB filter circuits 12 </ b> A and 12 </ b> B on the right side of FIG. 27 is the feedback system unit 1. In addition, the feed forward system unit 2 is a portion including the microphone and microphone amplifier unit 21, FF filter circuit 22, power amplifier 24, and driver 35 on the left side of FIG.

なお、図27においては、フィードバックシステム部1の構成とフィードフォワードシステム部2の構成とを区別して明確に示すために、フィードバックシステム部1とフィードバックシステム部2との双方にドライバ35を示した。しかし、図26にも示したように、ドライバ35は、フィードバックシステム部1とフィードフォワードシステム部2とで共通に用いられるものである。   In FIG. 27, the driver 35 is shown in both the feedback system unit 1 and the feedback system unit 2 in order to distinguish and clearly show the configuration of the feedback system unit 1 and the configuration of the feedforward system unit 2. However, as shown in FIG. 26, the driver 35 is used in common by the feedback system unit 1 and the feedforward system unit 2.

そして、図26を用いて説明したように、実際には、ドライバ35の前段において、フィードバックシステム部1のパワーアンプ14からの出力と、フィードフォワードシステム部2のパワーアンプ24からの出力とが合成部3において合成されて、ドライバ35に供給するようにされる。また、図26を用いて説明したように、フィードフォワードシステム部2の機能により十分に低減できなかったノイズを、フィードバックシステム部1の機能により低減することができるようにされる。   26, the output from the power amplifier 14 of the feedback system unit 1 and the output from the power amplifier 24 of the feedforward system unit 2 are actually combined before the driver 35. The signals are synthesized in the unit 3 and supplied to the driver 35. Further, as described with reference to FIG. 26, noise that cannot be sufficiently reduced by the function of the feedforward system unit 2 can be reduced by the function of the feedback system unit 1.

そして、最も重要な点は、図27において、FBフィルタ回路12A、12B等として示したFBフィルタ回路の構成が、上述もしたように、図11、図13、詳しくは、図17、図21、図23に示した構成の、この発明によるハイブリッド−FBフィルタ回路を用いることにより、フィードバックシステム部1において、FBフィルタ回路をデジタル化することにより得られる利益を享受することができると共に、より広い帯域で、より大きなノイズ低減効果を得ることができるようにされる。   The most important point is that the configuration of the FB filter circuit shown in FIG. 27 as the FB filter circuit 12A, 12B, etc. is the same as described above with reference to FIGS. By using the hybrid-FB filter circuit according to the present invention having the configuration shown in FIG. 23, the feedback system unit 1 can enjoy the benefits obtained by digitizing the FB filter circuit, and has a wider bandwidth. Thus, a larger noise reduction effect can be obtained.

また、別のアプローチから図26、図27を用いて説明したノイズキャンセリングシステムを見ると、以下のようなことが言える。すなわち、フィードフォワード方式では基本的にキャンセル用の係数は決めうちであり、特性の個人差によりノイズ低減量を大きくすることができない(キャンセル信号(ノイズ低減信号)のゲインを低めに設定することになる)。   When the noise canceling system described with reference to FIGS. 26 and 27 is seen from another approach, the following can be said. That is, in the feed-forward method, the cancellation coefficient is basically determined, and the noise reduction amount cannot be increased due to individual differences in characteristics (the gain of the cancellation signal (noise reduction signal) is set low). Become).

そこで、ノイズ減衰をさらにフィードバック方式のノイズキャンセリングシステムを使って増やすようにしたものが、図26、図27を用いて説明したノイズキャンセリングシステムであるといえる。換言すれば、図26、図27を用いて説明したノイズキャンセリングシステムは、フィードバック方式及びフィードフォワード方式を相補的に使うことで、より大きなノイズ低減効果を得るようにしたものである。   Therefore, it can be said that the noise canceling system described with reference to FIGS. 26 and 27 is one in which noise attenuation is further increased by using a feedback type noise canceling system. In other words, the noise canceling system described with reference to FIGS. 26 and 27 uses a feedback method and a feedforward method in a complementary manner so as to obtain a larger noise reduction effect.

[ノイズキャンセリングシステムへの応用例3]
また、フィードバック方式及びフィードフォワード方式を相補的に使用するシステムの実装時には、外部入力部分を加えた図28に示す構成のノイズキャンセリングシステムを考えることができる。図28は、フィードバック方式及びフィードフォワード方式を相補的に使用するシステムに、この発明によるハイブリッド−FBフィルタ回路を適用した場合について説明するためのブロック図である。
[Application example 3 to noise canceling system]
Further, when implementing a system that uses the feedback method and the feedforward method in a complementary manner, a noise canceling system having the configuration shown in FIG. 28 with an external input portion added can be considered. FIG. 28 is a block diagram for explaining a case where the hybrid-FB filter circuit according to the present invention is applied to a system that complementarily uses the feedback method and the feedforward method.

図28に示すように、ユーザヘッド(ユーザの頭部)HDに装着されるヘッドホン筐体HPの内部には、フィードバック方式用のマイク111が設けれ、また、ヘッドホン筐体HPの外部には、フィードフォワード方式用のマイク211が設けられている。フィードバック方式用のマイク111の後段にはマイクアンプ112は設けられ、フィードフォワード方式用のマイク211の後段にはマイクアンプ212とスイッチ回路SW1とが設けられている。   As shown in FIG. 28, a feedback-type microphone 111 is provided inside a headphone housing HP to be mounted on a user head (user's head) HD, and outside the headphone housing HP, A feed-forward microphone 211 is provided. A microphone amplifier 112 is provided downstream of the feedback microphone 111, and a microphone amplifier 212 and a switch circuit SW1 are provided downstream of the feedforward microphone 211.

そして、マイクアンプ112とスイッチ回路SW1との後段には、ノイズキャンセル用フィルタ回路4が設けられ、このノイズキャンセル用フィルタ4の後段にパワーアンプ34と、ドライバ35とが設けられている。ドライバ35は、ドライブ回路351とスピーカ352とからなるものである。   A noise canceling filter circuit 4 is provided downstream of the microphone amplifier 112 and the switch circuit SW1, and a power amplifier 34 and a driver 35 are provided downstream of the noise canceling filter 4. The driver 35 includes a drive circuit 351 and a speaker 352.

なお、フィードフォワード方式用のマイクアンプ212の後段に設けられたスイッチ回路SW1は、図28に示すように、入力端aにはマイクアンプ212からの音声信号(ノイズ信号)が供給され、入力端bにはアナログ信号である入力音声Sが供給されるものであり、いずれの信号を出力するかを切り替えるものである。   As shown in FIG. 28, the switch circuit SW1 provided in the subsequent stage of the feedforward microphone amplifier 212 is supplied with an audio signal (noise signal) from the microphone amplifier 212 at the input terminal a. Input audio S, which is an analog signal, is supplied to b, and the signal to be output is switched.

また、詳しくは後述するが、スイッチ回路SW1は、ノイズキャンセル用フィルタ4内に設けられるスイッチ回路SW2と連動して切り替えられる。そして、図示しない操作部を通じて受け付けたユーザからの操作入力に応じて、コントローラ5が、スイッチ回路SW1と、スイッチ回路SW2とを切り替え制御するようにしている。また、コントローラ5は、スイッチ回路SW1、SW2の切り替え制御だけでなく、デジタルフィルタ部42を構成する各部を制御し、目的とする処理を行わせるようにすることができるものである。   As will be described in detail later, the switch circuit SW1 is switched in conjunction with the switch circuit SW2 provided in the noise canceling filter 4. Then, the controller 5 performs switching control between the switch circuit SW1 and the switch circuit SW2 in accordance with an operation input from a user received through an operation unit (not shown). Further, the controller 5 can control not only the switching control of the switch circuits SW1 and SW2, but also each part constituting the digital filter unit 42 so as to perform a target process.

そして、図28に示すように、ノイズキャンセル用フィルタ回路4は、大きく分けると、ADC41と、デジタルフィルタ部42と、DAC43と、アナログフィルタ44とからなっている。ADC41は、スイッチ回路SW1からのいずれもアナログ信号であるマイクアンプ212からのノイズ信号または入力音声Sをデジタル信号に変換するADC411と、マイクアンプ112からのノイズ信号をデジタル信号に変換するADC412とからなっている。   As shown in FIG. 28, the noise canceling filter circuit 4 is roughly composed of an ADC 41, a digital filter unit 42, a DAC 43, and an analog filter 44. The ADC 41 includes an ADC 411 that converts the noise signal or the input sound S from the microphone amplifier 212 that is an analog signal from the switch circuit SW1 into a digital signal, and an ADC 412 that converts the noise signal from the microphone amplifier 112 into a digital signal. It has become.

デジタルフィルタ部42は、フィードバック制御用のフィルタ回路(以下、FBフィルタと略称する。)421と、スイッチ回路SW2と、フィードフォワード制御用のフィルタ回路(以下、FF用フィルタと略称する。)422と、イコライザ/エフェクト部(図28においては、EQ/Effectと記載。)423と、合成部424とを実現する構成となっている。   The digital filter section 42 includes a feedback control filter circuit (hereinafter abbreviated as FB filter) 421, a switch circuit SW2, and a feedforward control filter circuit (hereinafter abbreviated as FF filter) 422. The equalizer / effect unit (described as EQ / Effect in FIG. 28) 423 and the combining unit 424 are realized.

そして、上述もしたように、スイッチ回路SW1とスイッチ回路SW2とはコントローラ5により連動して切り替えられるが、スイッチ回路SW1が入力端a側に切り替えられる場合には、スイッチ回路SW2も入力端a側に切り替えられ、スイッチ回路SW1が入力端b側に切り替えられる場合には、スイッチ回路SW2も入力端b側に切り替えられる。   As described above, the switch circuit SW1 and the switch circuit SW2 are switched in conjunction with each other by the controller 5, but when the switch circuit SW1 is switched to the input terminal a side, the switch circuit SW2 is also switched to the input terminal a side. When the switch circuit SW1 is switched to the input terminal b side, the switch circuit SW2 is also switched to the input terminal b side.

したがって、スイッチ回路SW1が入力端a側に切り替えられた場合には、スイッチ回路SW2も入力端a側に切り替えられ、この場合には、マイク211で収音された音声信号(ノイズ信号)が、マイクアンプ212で増幅された後に、スイッチ回路SW1を通じてADC411に供給され、ここでデジタル信号に変換された後に、スイッチ回路SW2を通じてFF用フィルタ422に供給される。FF用フィルタ422は、これに供給されたノイズ信号からフィードフォワード方式のノイズ低減信号(キャンセル信号)を形成して、これを合成部424に供給する。   Therefore, when the switch circuit SW1 is switched to the input terminal a side, the switch circuit SW2 is also switched to the input terminal a side. In this case, an audio signal (noise signal) collected by the microphone 211 is After being amplified by the microphone amplifier 212, it is supplied to the ADC 411 through the switch circuit SW1, converted into a digital signal, and then supplied to the FF filter 422 through the switch circuit SW2. The FF filter 422 forms a feed-forward noise reduction signal (cancellation signal) from the noise signal supplied thereto, and supplies this to the synthesis unit 424.

一方、マイク111で収音された音声信号(ノイズ信号)が、マイクアンプ112で増幅された後に、ADC412とアナログフィルタ44とに供給される。ADC412は、これに供給された音声信号をデジタル信号に変換し、これをFB用フィルタ421に供給する。FB用フィルタ421は、これに供給されたノイズ信号からフィードバック方式のノイズ低減信号(キャンセル信号)を形成して、これを合成部424に供給する。   On the other hand, an audio signal (noise signal) collected by the microphone 111 is amplified by the microphone amplifier 112 and then supplied to the ADC 412 and the analog filter 44. The ADC 412 converts the audio signal supplied thereto into a digital signal and supplies it to the FB filter 421. The FB filter 421 forms a feedback-type noise reduction signal (cancellation signal) from the noise signal supplied thereto, and supplies the noise reduction signal (cancellation signal) to the synthesis unit 424.

この場合、合成部424は、FF用フィルタ422からのフィードフォワード方式のノイズ低減信号と、FB用フィルタ421からのフィードバック方式のノイズ低減信号とを合成し、これをDAC43に供給する。DAC43は、これに供給されたノイズ低減信号をアナログ信号に変換し、これを合成部45に供給する。   In this case, the synthesis unit 424 synthesizes the feedforward noise reduction signal from the FF filter 422 and the feedback noise reduction signal from the FB filter 421, and supplies this to the DAC 43. The DAC 43 converts the noise reduction signal supplied thereto into an analog signal and supplies it to the synthesis unit 45.

合成部45には、アナログフィルタ44においてアナログフィルタリング処理されたアナログ信号も供給されており、DAC43からのノイズ低減信号と、アナログフィルタ44からのアナログ処理されたノイズ低減信号とを合成し、これをパワーアンプ34に供給する。パワーアンプ34は、これに供給されたノイズ低減信号を増幅し、これをドライバ35に供給する。これによりドライバ35からはノイズキャンセル信号が放音するようにされ、音響的にノイズが低減するようにされる。   The synthesizing unit 45 is also supplied with the analog signal subjected to the analog filtering process in the analog filter 44, and synthesizes the noise reduction signal from the DAC 43 and the noise reduction signal subjected to the analog process from the analog filter 44. This is supplied to the power amplifier 34. The power amplifier 34 amplifies the noise reduction signal supplied thereto and supplies it to the driver 35. As a result, a noise cancellation signal is emitted from the driver 35, and noise is reduced acoustically.

このように、スイッチ回路SW1とスイッチ回路SW2とが、入力端a側に切り替えられた場合には、ADC411、FF用フィルタ422、DAC43が、FFフィルタ回路を形成し、マイク211、マイクアンプ212、スイッチ回路SW1、ADC411、スイッチ回路SW2、FF用フィルタ、合成部424、DAC43、合成部45、パワーアンプ34、ドライバ35からなる系が、フィードフォワード方式のノイズキャンセリングシステムを構成することになる。   Thus, when the switch circuit SW1 and the switch circuit SW2 are switched to the input terminal a side, the ADC 411, the FF filter 422, and the DAC 43 form an FF filter circuit, and the microphone 211, the microphone amplifier 212, A system including the switch circuit SW1, the ADC 411, the switch circuit SW2, the FF filter, the synthesis unit 424, the DAC 43, the synthesis unit 45, the power amplifier 34, and the driver 35 constitutes a feedforward type noise canceling system.

また、同時に、ADC412、FBフィルタ421、DAC43、アナログフィルタ44が、FBフィルタ回路を形成し、マイク111、マイクアンプ112、ADC412、FB用フィルタ421、合成部424、DAC43、アナログフィルタ44、合成部45、パワーアンプ34、ドライバ35からなる系が、フィードバック方式のノイズキャンセリングシステムを構成することになる。   At the same time, the ADC 412, the FB filter 421, the DAC 43, and the analog filter 44 form an FB filter circuit. The microphone 111, the microphone amplifier 112, the ADC 412, the FB filter 421, the synthesis unit 424, the DAC 43, the analog filter 44, and the synthesis unit. 45, the power amplifier 34, and the driver 35 constitute a feedback type noise canceling system.

このように、スイッチ回路SW1とスイッチ回路SW2とが、入力端a側に切り替えられた場合には、フィードフォワード方式のノイズキャンセリングシステム部を機能させると共に、デジタルパスとアナログパスとを有するハイブリッド−FBフィルタ回路を有するフィードバック方式のノイズキャンセリングシステム部を機能させることによって、ノイズを高品位に低減させ、高品位な無音状態を形成することができるようになっている。   As described above, when the switch circuit SW1 and the switch circuit SW2 are switched to the input terminal a side, the feed-forward type noise canceling system unit functions and a hybrid having a digital path and an analog path. By causing the feedback type noise canceling system unit having the FB filter circuit to function, noise can be reduced to a high quality and a high quality silent state can be formed.

また、スイッチ回路SW1とスイッチ回路SW2とが入力端b側に切り替えられた場合には、アナログ入力音声Sが、スイッチ回路SW1を通じてADC411に供給され、ここでデジタル信号に変換された後に、スイッチ回路SW2を通じてイコライザ/エフェクト部423に供給され、ここで入力音声Sについて精度よく、細かい音質調整を行った後に、合成部43に供給され、フィードバック方式のノイズ低減信号と合成されて出力される。   Further, when the switch circuit SW1 and the switch circuit SW2 are switched to the input terminal b side, the analog input sound S is supplied to the ADC 411 through the switch circuit SW1 and converted into a digital signal here, and then the switch circuit The signal is supplied to the equalizer / effect unit 423 through SW2, and after finely adjusting the sound quality of the input sound S with high accuracy, the sound is supplied to the synthesis unit 43 and synthesized with the feedback-type noise reduction signal and output.

このように、スイッチ回路SW1とスイッチ回路SW2とが、入力端b側に切り替えられた場合には、音質調整された入力信号Sとフィードバック方式のノイズ低減信号とが合成されて形成された信号が、DAC43でアナログ信号に変換され、さらに合成部45において、アナログフィルタ44からのアナログ処理されたノイズ低減信号が合成され、これが、パワーアンプ34を通じてドライバ35に供給されて、放音するようにされる。この場合には、精度よく音質調整された入力音声2応じた音声を、フィードバック方式のノイズキャンセリングシステムを用いてノイズを低減させながら良好に再生して、ユーザが聴取することができるようになっている。   As described above, when the switch circuit SW1 and the switch circuit SW2 are switched to the input terminal b side, a signal formed by synthesizing the input signal S whose sound quality has been adjusted and the noise reduction signal of the feedback method is formed. The analog signal is converted into an analog signal by the DAC 43, and the analog-processed noise reduction signal from the analog filter 44 is synthesized by the synthesis unit 45, which is supplied to the driver 35 through the power amplifier 34 to emit sound. The In this case, the sound corresponding to the input sound 2 whose sound quality has been accurately adjusted can be reproduced well while reducing noise using a feedback type noise canceling system, and can be listened to by the user. ing.

そして、図28に示したノイズキャンセリングシステムについては、以下のようにまとめることができる。すなわち、マイク111で収音された音声信号(フィードバックマイク信号)、マイク211で収音された音声信号(フィードフォワードマイク信号)、外部入力信号(入力音声S)の3つを処理するため、本来はADCが3つ必要であるが、図28に示した構成のノイズキャンセリングシステムでは、フィードフォワードマイク信号と入力音声Sとの切り替えをADCの前段で行っている。   The noise canceling system shown in FIG. 28 can be summarized as follows. That is, in order to process three of the voice signal collected by the microphone 111 (feedback microphone signal), the voice signal collected by the microphone 211 (feed forward microphone signal), and the external input signal (input voice S), However, in the noise canceling system having the configuration shown in FIG. 28, switching between the feedforward microphone signal and the input sound S is performed in the preceding stage of the ADC.

これにより、静かな環境を望む際は、入力音声Sについては再生しないようにし、2種類のノイズ低減機構(フィードバック方式のノイズキャンセリングシステムとフィードフォワード方式のノイズキャンセリングシステム)が同時稼動させるようにし、また、外部入力の音、すなわち入力音声Sを聞く際にはフィードバック方式のノイズキャンセリングシステムのみ稼動させるようにする、というように動作させるノイズキャンセリングシステムを切り替えることが可能なシステムを実現することができる。   As a result, when a quiet environment is desired, the input sound S is not reproduced, and two types of noise reduction mechanisms (feedback type noise canceling system and feed forward type noise canceling system) are operated simultaneously. In addition, when listening to the sound of the external input, that is, the input sound S, only a feedback type noise canceling system is operated, and a system capable of switching the operating noise canceling system is realized. can do.

なお、図28に示したシステム簡略化のため、図28においてフィードフォワード方式のノイズキャンセリングシステムの実現をアナログ回路で構成する場合や、外部入力である入力音声Sと切り替えるノイズキャンセリングシステムをフィードバック方式のノイズキャンセリングシステム側にすることも可能である。   For simplification of the system shown in FIG. 28, when the feedforward noise canceling system is realized with an analog circuit in FIG. 28, or the noise canceling system to be switched to the input sound S which is an external input is fed back. It is also possible to use the noise canceling system side of the system.

[ノイズキャンセリングシステムの組み合わせのバリエーション]
ここで、この発明の適用が可能なノイズキャンセリングシステムのバリエーションについてまとめる。デジタル部とアナログパスとが並列に設けられ、デジタル部からの出力とアナログパスからの出力とをアナログ上で合成することにより、ノイズ低減信号(キャンセル信号)を生成するハイブリッドのフィルタ回路は、(1)フィードバック方式のノイズキャンセリングシステムのFBフィルタ回路と、(2)フィードフォワード方式のノイズキャンセリングシステムのFFフィルタ回路とに適用可能である。
[Variations of noise canceling system combinations]
Here, the variations of the noise canceling system to which the present invention can be applied will be summarized. A hybrid filter circuit that generates a noise reduction signal (cancellation signal) by synthesizing the output from the digital part and the output from the analog path on the analog by providing the digital part and the analog path in parallel. The present invention can be applied to 1) feedback type noise canceling system FB filter circuit and (2) feed forward type noise canceling system FF filter circuit.

そして、フィードバック方式のノイズキャンセリングシステムと、フィードフォワード方式のノイズキャンセリングシステムとの両方を設けるノイズキャンセリングシステムの場合には、一方のノイズキャンセリングシステムのフィルタ回路にこの発明によるハイブリッドのフィルタ回路を用いるようにした場合、他方のノイズキャンセリングシステムのフィルタ回路には、従来からのアナログフィルタを用いたり、デジタルフィルタを用いたり、また、デジタルとアナログが並列に設けられるこの発明によるハイブリッドのフィルタ回路を用いたりすることができる。   In the case of a noise canceling system in which both a feedback type noise canceling system and a feedforward type noise canceling system are provided, the hybrid filter circuit according to the present invention is used as the filter circuit of one of the noise canceling systems. When the filter is used, a conventional analog filter or a digital filter is used for the filter circuit of the other noise canceling system, or a digital filter and an analog filter are provided in parallel. A circuit can be used.

また、図28を用いて説明したように、ハイブリッドのFBフィルタ回路が用いられたフィードバック方式のノイズキャンセリングシステムに加えて、フィードフォワード方式のノイズキャンセリングシステムと外部からの入力音声を処理するADC411、イコライザ/エフェクト部423などからなる入力音声再生処理部とを切り替えて使用可能なシステムの場合においても、フィードフォワード方式のノイズキャンセリングシステムのFFフィルタ回路としては、従来からのアナログフィルタを用いたり、デジタルフィルタを用いたり、また、デジタルとアナログが並列に設けられるこの発明によるハイブリッドのフィルタ回路を用いたりすることができる。   As described with reference to FIG. 28, in addition to the feedback type noise canceling system using the hybrid FB filter circuit, the feed forward type noise canceling system and the ADC 411 that processes the input sound from the outside. Even in the case of a system that can be used by switching to an input audio reproduction processing unit including an equalizer / effect unit 423, a conventional analog filter may be used as the FF filter circuit of the feedforward noise canceling system. It is possible to use a digital filter or a hybrid filter circuit according to the present invention in which digital and analog are provided in parallel.

同様に、ハイブリッドのFFフィルタ回路が用いられたフィードフォワード方式のノイズキャンセリングシステムに加えて、フィードバック方式のノイズキャンセリングシステムと外部からの入力音声を処理するADC、イコライザ/エフェクト部などからなる入力音声再生処理部とを切り替えて使用可能なシステムの場合においても、フィードバック方式のノイズキャンセリングシステムのFBフィルタ回路としては、従来からのアナログフィルタを用いたり、デジタルフィルタを用いたり、また、デジタルとアナログが並列に設けられるこの発明によるハイブリッドのフィルタ回路を用いたりすることができる。   Similarly, in addition to a feedforward type noise canceling system using a hybrid FF filter circuit, an input comprising a feedback type noise canceling system, an ADC for processing input audio from the outside, an equalizer / effect unit, and the like. Even in the case of a system that can be used by switching between the audio reproduction processing unit, a conventional analog filter, a digital filter, a digital filter, and an FB filter circuit of a feedback type noise canceling system can be used. A hybrid filter circuit according to the present invention in which analog is provided in parallel can be used.

また、この発明によるハイブリッドのフィルタ回路を、FBフィルタ回路に用いる場合であっても、また、FFフィルタ回路に用いる場合であっても、上述したFBフィルタ回路12A〜FBフィルタ回路12Gに示したように、種々の構成とすることが可能である。要は、上述もしたように、デジタル部とアナログパスとが並列に設けられ、デジタル部からの出力とアナログパスからの出力とをアナログ上で合成することにより、ノイズ低減信号(キャンセル信号)を生成するハイブリッドの構成となっていればよい。   Even when the hybrid filter circuit according to the present invention is used for an FB filter circuit or an FF filter circuit, as shown in the FB filter circuit 12A to FB filter circuit 12G described above. In addition, various configurations are possible. In short, as described above, the digital part and the analog path are provided in parallel, and the noise reduction signal (cancellation signal) is generated by synthesizing the output from the digital part and the output from the analog path on analog. What is necessary is just to be the structure of the hybrid to produce | generate.

[まとめ]
以上のことから、ヘッドホン内側にマイク機構を持ち、ヘッドホン内ノイズ低減を目的としたフィードバック方式のノイズキャンセリングシステムにおいて、系の安定化を保ちノイズ減衰量を決定付けるFBフィルタ回路(フィードバックフィルタ)を、主として位相回転を抑える目的で、ADCとDSP/CPU部とDACからなるデジタル部と、アナログフィルタを有するアナログパス、あるいは、スルー特性のアナログパス(アナログスルーパス)とを並列に構成し、これらデジタル部とアナログパスとの出力をアナログ加算することで実現することができる。
[Summary]
In view of the above, an FB filter circuit (feedback filter) that has a microphone mechanism inside the headphones and determines the amount of noise attenuation while keeping the system stable in a feedback type noise canceling system for reducing noise in the headphones. For the purpose of mainly suppressing phase rotation, a digital unit composed of an ADC, a DSP / CPU unit and a DAC, and an analog path having an analog filter or an analog path having a through characteristic (analog through path) are configured in parallel. This can be realized by analog addition of the outputs of the unit and the analog path.

この場合、デジタル部と並列のアナログパスのアナログフィルタは、1次のLPF、HPF程度の簡素な構成のものでよく、あるいは、周波数特性を持たず、デジタル部からの出力結果とアナログで直結的に加算可能な信号を生成することができるものを用いることができる。   In this case, the analog filter of the analog path in parallel with the digital unit may have a simple configuration of about the first order LPF or HPF, or does not have frequency characteristics and is directly connected to the output result from the digital unit in an analog manner A signal that can generate a signal that can be added to the signal can be used.

また、アナログパスと並列に構成されるデジタル部内に、最小位相推移型FIRを一部、または全部として用いるようにすることもできる。   Further, the minimum phase transition type FIR may be used as a part or all of the digital part configured in parallel with the analog path.

また、上述したデジタル部とアナログパスとが並列に設けられたFBフィルタ回路を有するフィードバック方式のノイズキャンセリングシステムとともに、ヘッドホン筐体外部に設けたマイクを使用して、アナログ、またはデジタル、または、その双方を並列としたフィードフォワード方式のノイズキャンセリングシステムを同時に用いたツインタイプのノイズキャンセリングシステムを構成することにより、高品位な無音状態を形成することも可能である。   Further, together with the feedback type noise canceling system having the FB filter circuit in which the digital unit and the analog path are provided in parallel, a microphone provided outside the headphone housing is used, and analog, digital, or By configuring a twin-type noise canceling system that simultaneously uses a feed-forward type noise canceling system in which both are in parallel, a high-quality silent state can be formed.

また、ヘッドホン筐体の内側のマイクとヘッドホン筐体の外側のマイクとの双方がADCに入りデジタル処理するノイズ低減システムを構成しているモードと、外側・内側のどちらかのマイク信号の一方の入力を外部信号(音楽信号や通話信号など)に切り替えて同一のADCに接続し、同時にDSP/CPUに対してノイズ低減プログラムからイコライザプログラムになるような指示をするコントロール部分を持つシステムを構成することも可能である。   In addition, a mode in which both a microphone inside the headphone housing and a microphone outside the headphone housing enter the ADC to form a noise reduction system and one of the microphone signals either outside or inside A system having a control part that switches the input to an external signal (music signal, call signal, etc.) and connects to the same ADC and at the same time instructs the DSP / CPU to change from a noise reduction program to an equalizer program. It is also possible.

[その他]
以上、本発明は簡単のためにヘッドホンにおける処理としたが、ヘッドホン本体内にすべてのシステムが実装されている必要はなく、例えば処理機構が外部にボックスとして分割されている場合や、他の機器と組み合わさった場合でも、この発明を適用することができる。ここで他の機器とは、例えばポータブルオーディオプレイヤーや、電話機器、ネットワーク音声通信機器、など、音声・音楽信号を再生可能な多種のハードウェアが考えられる。
[Others]
The present invention has been described as processing in headphones for the sake of simplicity. However, it is not necessary that all systems are mounted in the headphone body. For example, when the processing mechanism is divided as a box outside, or other devices Even when combined with the present invention, the present invention can be applied. Here, the other devices may be various types of hardware capable of reproducing voice / music signals, such as portable audio players, telephone devices, and network voice communication devices.

もちろん、工場や飛行場などの非常に大きな騒音のする場所において作業する場合などに用いられ、騒音を低減させるためのヘッドセットのノイズキャンセリングシステムに適用することも可能である。さらに、携帯電話にこの発明を適用した場合には、騒音下でもクリアな音での通話が可能となるし、ポータブルオーディオプレイヤーに適用した場合には、騒音下でもクリアな音楽等の聴取が可能となる。   Of course, it is used when working in a place with a very loud noise such as a factory or an airfield, and can also be applied to a noise canceling system of a headset for reducing noise. Furthermore, when the present invention is applied to a mobile phone, it is possible to make a clear call even under noisy conditions, and when applied to a portable audio player, it is possible to listen to clear music even under noisy conditions. It becomes.

また、上述した実施の形態においては、フィードバック方式のノイズキャンセリングシステムのFBフィルタ回路を、デジタル部とアナログパスとを並列に設けたハイブリッドの構成した。しかし、FBフィルタ回路だけでなく、フィードフォワード方式のノイズキャンセリングシステムのFFフィルタ回路を、デジタル部とアナログパスとを並列に設けたハイブリッドの構成とすることも可能である。   Further, in the above-described embodiment, the FB filter circuit of the feedback type noise canceling system is configured as a hybrid in which a digital unit and an analog path are provided in parallel. However, not only the FB filter circuit but also the FF filter circuit of the feedforward type noise canceling system can have a hybrid configuration in which a digital unit and an analog path are provided in parallel.

フィードバック方式のノイズキャンセリングシステムについて説明するための図である。It is a figure for demonstrating the noise canceling system of a feedback system. フィードフォワード方式のノイズキャンセリングシステムについて説明するための図である。It is a figure for demonstrating the noise canceling system of a feedforward system. 図1に示したフィードバック方式のノイズキャンセリングシステムの特性を示す計算式を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the calculation formula which shows the characteristic of the noise canceling system of the feedback system shown in FIG. フィードバック方式のノイズキャンセリングシステムにおける位相余裕とゲイン余裕について説明するためのボード線図である。It is a Bode diagram for explaining a phase margin and a gain margin in a feedback type noise canceling system. 図2に示したフィードフォワード方式のノイズキャンセリングシステムの特性を示す計算式を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining a calculation formula showing characteristics of the feedforward type noise canceling system shown in FIG. 2. 図1(B)に示したフィードバック方式のノイズキャンセリングシステムのFBフィルタ回路12部分をデジタル化した場合の構成例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structural example at the time of digitizing the FB filter circuit 12 part of the noise canceling system of the feedback system shown to FIG. 1 (B). サンプリング周波数Fs=48kHzで40サンプルの遅延分に相当するゲインと位相とについて説明するための図である。It is a figure for demonstrating the gain and phase corresponded to the delay part of 40 samples by sampling frequency Fs = 48kHz. サンプリング周波数Fs=48kHzの場合において、遅延分が1サンプル、2サンプル、3サンプルの場合の位相の状態を示す図である。It is a figure which shows the state of a phase in the case of sampling frequency Fs = 48kHz and a delay part is 1 sample, 2 samples, and 3 samples. フィードバック方式のノイズキャンセリングシステムにおいて、ドライバからマイクまでの伝達関数の測定値を示す図である。It is a figure which shows the measured value of the transfer function from a driver to a microphone in the noise canceling system of a feedback system. FBフィルタ回路12の望ましい特性について説明するための図である。6 is a diagram for explaining desirable characteristics of the FB filter circuit 12. FIG. この発明によるFBフィルタ回路12の構成例を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the structural example of the FB filter circuit 12 by this invention. 図11(B)に示したFBフィルタ回路12の特性Hb(z)と、図11(B)に示したデジタルフィルタ部122の特性Hx(z)とを説明するための図である。12 is a diagram for explaining a characteristic Hb (z) of the FB filter circuit 12 illustrated in FIG. 11B and a characteristic Hx (z) of the digital filter unit 122 illustrated in FIG. この発明によるFBフィルタ回路12の他の構成例を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the other structural example of the FB filter circuit 12 by this invention. この実施の形態のFBフィルタ回路の一例を適用したフィードバック方式のノイズキャンセリングシステムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the noise canceling system of the feedback system to which an example of FB filter circuit of this embodiment is applied. この実施の形態のFBフィルタ回路の一例を適用したフィードバック方式のノイズキャンセリングシステムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the noise canceling system of the feedback system to which an example of FB filter circuit of this embodiment is applied. ADC/DAC112、113の遅延特性のゲインと位相とを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the gain and phase of the delay characteristic of ADC / DAC112,113. FBフィルタ回路12の一構成例(具体例1)を説明するためのブロック図である。4 is a block diagram for explaining a configuration example (specific example 1) of the FB filter circuit 12. FIG. 図17に示したFBフィルタ回路12のうちのデジタルフィルタ部分(LPFとMPFの並列部分)122だけの特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of only the digital filter part (parallel part of LPF and MPF) 122 of the FB filter circuit 12 shown in FIG. デジタルフィルタ部122に加えて、ADC/DACにおける16サンプルの遅延を含めた場合の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic at the time of including the delay of 16 samples in ADC / DAC in addition to the digital filter part 122. FIG. FBフィルタ回路12の特性(β特性)と、β特性と伝達関数(ADHM)の実測特性とを乗算した特性(ADHMβ特性)を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the characteristic (ADHM (beta) characteristic) which multiplied the characteristic ((beta) characteristic) of the FB filter circuit 12, and the (beta) characteristic and the measured characteristic of a transfer function (ADHM). FBフィルタ回路12の他の構成例(具体例2)を説明するためのブロック図である。12 is a block diagram for explaining another configuration example (specific example 2) of the FB filter circuit 12. FIG. FBフィルタ回路12の特性(β特性)と、β特性と伝達関数(ADHM)の実測特性とを乗算した特性(ADHMβ特性)を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the characteristic (ADHM (beta) characteristic) which multiplied the characteristic ((beta) characteristic) of the FB filter circuit 12, and the (beta) characteristic and the measured characteristic of a transfer function (ADHM). 複合フィルタの構成のデジタルフィルタ部122を有するFBフィルタ回路12を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the FB filter circuit 12 which has the digital filter part 122 of the structure of a composite filter. アナログ入力音声SをAD変換してデジタルフィルタリングを行うことができるようにしたノイズキャンセリングシステムについて説明するための図である。It is a figure for demonstrating the noise canceling system which enabled it to AD-convert analog input audio | voice S and to perform digital filtering. デジタル入力音声Sを受け付ける構成のフィードバック方式のノイズキャンセリングシステムを説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the noise canceling system of the feedback system of the structure which receives the digital input audio | voice S. FIG. フィードバック方式とフィードフォワード方式との両方を組み合わせたノイズキャンセリングシステムについて説明するための図である。It is a figure for demonstrating the noise canceling system which combined both the feedback system and the feedforward system. 図26に示したノイズキャンセリングシステムの構成例をさらに説明するためのブロック図である。FIG. 27 is a block diagram for further explaining a configuration example of the noise canceling system shown in FIG. 26. フィードバック方式及びフィードフォワード方式を相補的に使用するシステムに、この発明によるハイブリッド−FBフィルタ回路を適用した場合について説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the case where the hybrid-FB filter circuit by this invention is applied to the system which uses a feedback system and a feedforward system complementarily.

符号の説明Explanation of symbols

11…マイク及びマイクアンプ部、111…マイク、112…マイクアンプ、12、12A〜12G…FBフィルタ回路、121…ADC、122…DSP/CPU、123…DAC、124…アナログフィルタ、13…合成部、14…パワーアンプ、15…ドライバ、151…ドライブ回路、152…スピーカ、16…イコライザ、CP…キャンセルポイント、S…入力音声、P…出力音声、21…マイク及びマイクアンプ部、211…マイク、212…マイクアンプ、22…FFフィルタ回路、221…ADC、222…DSP/CPU、223…DAC、23…合成部、24…パワーアンプ、25…ドライバ、251…ドライブ回路、252…スピーカ、34…パワーアンプ、35…ドライバ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Microphone and microphone amplifier part, 111 ... Microphone, 112 ... Microphone amplifier, 12, 12A-12G ... FB filter circuit, 121 ... ADC, 122 ... DSP / CPU, 123 ... DAC, 124 ... Analog filter, 13 ... Synthesis part , 14 ... Power amplifier, 15 ... Driver, 151 ... Drive circuit, 152 ... Speaker, 16 ... Equalizer, CP ... Cancel point, S ... Input voice, P ... Output voice, 21 ... Microphone and microphone amplifier section, 211 ... Microphone, DESCRIPTION OF SYMBOLS 212 ... Microphone amplifier, 22 ... FF filter circuit, 221 ... ADC, 222 ... DSP / CPU, 223 ... DAC, 23 ... Synthesis | combination part, 24 ... Power amplifier, 25 ... Driver, 251 ... Drive circuit, 252 ... Speaker, 34 ... Power amplifier, 35 ... driver

Claims (8)

ノイズキャンセリングシステムにおいて用いられ、マイクロホンを通じて収音されるノイズ信号の供給を受けて、ノイズを低減させるようにするためのノイズ低減信号を形成するフィルタ回路であって、
前記ノイズ信号の供給を受けて、これをデジタル信号に変換するアナログ/デジタル変換手段と、
前記アナログ/デジタル変換手段からのデジタルノイズ信号の供給を受けて、前記ノイズ低減信号を形成するデジタルフィルタ手段と、
前記デジタルフィルタ手段からの前記ノイズ低減信号の供給を受けて、これをアナログ信号に変換するデジタル/アナログ変換手段と
を有するデジタル部と、
前記デジタル部に対して並列に設けられ、前記ノイズ信号をアナログフィルタで処理して、あるいは、そのまま出力するようにするアナログパスと、
前記デジタル部の前記デジタルアナログ変換手段から出力されたアナログ信号とされた前記ノイズ低減信号と、前記アナログパスからのアナログ信号とを合成することによりノイズ低減に用いるノイズ低減信号を生成する合成手段と
を備え、
前記デジタルフィルタ手段は、少なくとも並列に構成されたLPF(Low Pass Filter)部とMPF(Mid Presence Filter)部とからなり、
前記合成手段は、前記アナログパスからのアナログ信号を遅延させることなく合成することで前記ノイズ低減信号を生成する
フィルタ回路。
A filter circuit that is used in a noise canceling system and receives a supply of a noise signal collected through a microphone to form a noise reduction signal for reducing noise,
Analog / digital conversion means for receiving the noise signal and converting it to a digital signal;
Digital filter means for receiving the supply of a digital noise signal from the analog / digital conversion means and forming the noise reduction signal;
A digital unit comprising: a digital / analog conversion unit that receives the noise reduction signal from the digital filter unit and converts the signal into an analog signal;
An analog path that is provided in parallel to the digital unit and that processes the noise signal with an analog filter or outputs it as it is,
Synthesis means for generating a noise reduction signal used for noise reduction by synthesizing the noise reduction signal that is an analog signal output from the digital / analog conversion means of the digital unit and the analog signal from the analog path And
It said digital filter means, Ri Do and at least parallel to the configured a LPF (Low Pass Filter) unit and MPF (Mid Presence Filter) unit,
The synthesizing unit is a filter circuit that generates the noise reduction signal by synthesizing an analog signal from the analog path without delay .
請求項1に記載のフィルタ回路であって、
前記デジタル部の前記デジタルフィルタ手段は、少なくともその一部分に、最小位相推移型FIR(Finite Impulse Response)フィルタが用いられて構成されたものであることを特徴とするフィルタ回路。
The filter circuit according to claim 1,
The filter circuit characterized in that the digital filter means of the digital section is configured by using a minimum phase transition type FIR (Finite Impulse Response) filter at least in part.
請求項1に記載のフィルタ回路であって、
前記デジタル部と前記アナログパスとは、ヘッドホン筐体内部に設けられる前記マイクロホンを通じて収音されるノイズ信号の供給を受けるようにされ、フィードバック方式のノイズキャンセリングシステムで用いられるフィルタ回路。
The filter circuit according to claim 1,
The digital unit and the analog path are filter circuits that are supplied with a noise signal collected through the microphone provided in a headphone housing and are used in a feedback type noise canceling system.
請求項1に記載のフィルタ回路であって、
前記デジタル部と前記アナログパスとは、ヘッドホン筐体外部に設けられる前記マイクロホンを通じて収音されるノイズ信号の供給を受けるようにされ、フィードフォワード方式のノイズキャンセリングシステムで用いられるフィルタ回路。
The filter circuit according to claim 1,
The digital unit and the analog path are configured to receive a noise signal collected through the microphone provided outside a headphone housing, and are used in a feedforward type noise canceling system.
ノイズキャンセリングシステムにおいて用いられ、マイクロホンを通じて収音されるノイズ信号の供給を受けて、ノイズを低減させるようにするためのノイズ低減信号を生成するノイズ低減信号の生成方法であって、
前記ノイズ信号をデジタル信号に変換するアナログ/デジタル変換ステップと、前記アナログ/デジタル変換ステップにおいてデジタル信号とされた前記ノイズ信号から少なくとも並列に構成されたLPF(Low Pass Filter)部とMPF(Mid Presence Filter)部とによって前記ノイズ低減信号を形成するデジタルフィルタステップと、前記デジタルフィルタステップにおいて形成した前記ノイズ低減信号をアナログ信号に変換するデジタル/アナログ変換ステップとを実行するデジタル信号処理を行うと同時に、
前記ノイズ信号をアナログフィルタで処理して、あるいは、そのまま、出力するようにするアナログ信号処理を行い、
前記デジタル信号処理を通じて形成したアナログ信号のノイズ低減信号と、前記アナログ信号処理されたアナログ信号を遅延させることなく合成してノイズ低減に用いるノイズ低減信号を生成するノイズ低減信号生成方法。
A noise reduction signal generation method for generating a noise reduction signal that is used in a noise canceling system and receives a noise signal collected through a microphone to reduce noise,
An analog / digital conversion step for converting the noise signal into a digital signal, and an LPF (Low Pass Filter) unit and an MPF (Mid Presence) configured at least in parallel from the noise signal converted into a digital signal in the analog / digital conversion step At the same time as performing digital signal processing for performing a digital filter step for forming the noise reduction signal by a filter unit and a digital / analog conversion step for converting the noise reduction signal formed in the digital filter step into an analog signal. ,
Process the noise signal with an analog filter, or perform analog signal processing to output as it is,
A noise reduction signal generation method for generating a noise reduction signal used for noise reduction by synthesizing the analog signal noise reduction signal formed through the digital signal processing and the analog signal processed analog signal without delay .
請求項5に記載のノイズ低減信号生成方法であって、
前記デジタルフィルタステップにおいては、少なくともその一部分に、最小位相推移型FIR(Finite Impulse Response)フィルタを用いて、前記ノイズ信号から前記ノイズ低減信号を形成するノイズ低減信号生成方法。
The noise reduction signal generation method according to claim 5,
In the digital filter step, a noise reduction signal generating method for forming the noise reduction signal from the noise signal by using a minimum phase transition type FIR (Finite Impulse Response) filter at least in part.
請求項5に記載のノイズ低減信号生成方法であって、
前記デジタル信号処理されると共に、前記アナログ信号処理される前記ノイズ信号は、
ヘッドホン筐体内部に設けられる前記マイクロホンを通じて収音したものを用いるフィードバック方式のノイズキャンセリングシステムで用いられるノイズ低減信号生成方法。
The noise reduction signal generation method according to claim 5,
The noise signal that is digital signal processed and analog signal processed is:
A noise reduction signal generating method used in a feedback type noise canceling system using a sound collected through the microphone provided in a headphone housing.
請求項5に記載のノイズ低減信号生成方法であって、
前記デジタル信号処理されると共に、前記アナログ信号処理される前記ノイズ信号は、
ヘッドホン筐体外部に設けられる前記マイクロホンを通じて収音したものを用いるフィードフォワード方式のノイズキャンセリングシステムで用いられるノイズ低減信号生成方法。
The noise reduction signal generation method according to claim 5,
The noise signal that is digital signal processed and analog signal processed is:
A noise reduction signal generation method used in a feedforward type noise canceling system using a sound collected through a microphone provided outside a headphone housing.
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